PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Transkripsi

1 SINTESISS DAN PENCIRIAN HIDROKSIAPATIT BERBAHAN DASAR CANGKANG TELUR BEBEK WAHYUNI RICHA SARI DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013

2 ii

3 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit Berbahan Dasar Cangkang Telur Bebek 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 Wahyuni Richa Sari NIM G

4 iv

5 ABSTRAK WAHYUNI RICHA SARI. Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit Berbahan Dasar Cangkang Telur Bebek. Dibimbing oleh CHARLENA dan HENNY PURWANINGSIH SUYUTI. Hidroksiapatit (HAp) termasuk dalam kelompok senyawa kalsium fosfat. Cangkang telur bebek sebagian besar mengandung kalsium karbonat, yang dapat digunakan sebagai bahan awal dalam pembuatan HAp. Hidroksiapatit disintesis menggunakan metode kering dengan variasi suhu 800, 1000, dan 1200 C dan (NH 4 ) 2 HPO 4 sebagai sumber fosforus. Profil difraktogram sinar-x memperlihatkan terbentuknya HAp disertai dengan senyawa apatit lainnya, yaitu apatit karbonat tipe A, apatit karbonat tipe B, oktakalsium fosfat, α- dan β- trikalsium fosfat, serta tetrakalsium fosfat. Derajat kristalinitas dan ukuran kristal meningkat seiring dengan meningkatnya suhu pemanasan. Kata kunci: cangkang telur bebek, hidroksiapatit, kalsium fosfat, metode kering ABSTRACT WAHYUNI RICHA SARI. Synthesis and Characterization of Duck Eggshell- Based Hydroxyapatite. Supervised by CHARLENA dan HENNY PURWANINGSIH SUYUTI. Hydroxyapatite (HAp) is a kind of calcium phosphate compounds. Duck eggshell contains mostly calcium carbonate, which can be used as a starting material for HAp formation. HAp was synthesized by using dry method with variation temperatures of 800, 1000, and 1200 C and (NH 4 ) 2 HPO 4 as the phosphorus source. X-ray diffractogram profiles showed that HAp has been formed accompanied by other apatite compounds: carbonate apatite type A and B, octacalcium phosphate, α- and β-tricalcium phosphate, and tetracalcium phosphate. The degree of crystallinity and crystal size increased with increasing heating temperature. Key words: calcium phosphate, dry method, duck eggshell, hydroxyapatite

6 vi

7 SINTESIS DAN PENCIRIAN HIDROKSIAPATIT BERBAHAN DASAR CANGKANG TELUR BEBEK WAHYUNI RICHA SARI Skripsi Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013

8 viii

9 Judul Skripsi : Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit Berbahan Dasar Cangkang Telur Bebek Nama : Wahyuni Richa Sari Nim : G Disetujui Pembimbing I, Pembimbing II, Dr Charlena, MSi NIP Dr Henny Purwaningsih S, SSi, MSi NIP Diketahui Ketua Departemen Kimia, Prof Dr Tun Tedja Irawadi, MS NIP Tanggal Lulus:

10 10

11 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia- Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan November 2012 ini ialah Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit Berbahan Dasar Cangkang Telur Bebek. Ucapan terima kasih disampaikan kepada Ibu Dr Charlena, MSi dan Dr Henny Purwaningsih S, SSi, MSi yang telah membantu dan membimbing dalam penelitian ini. Terima kasih pula kepada Ibu, Bapak, Adik, dan rekan-rekan Ekstensi Kimia IPB Angkatan II. Penelitian ini dapat terselesaikan juga atas dorongan semangat dan bantuan dari sahabat-sahabatku Umi, Gusur, Lia, Pipit, Marta, dan Intan. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan menambah pengetahuan bagi penulis maupun pembaca. Bogor, April 2013 Wahyuni Richa Sari

12 12

13 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN... vii PENDAHULUAN... 1 METODE... 1 Bahan dan Alat... 1 Lingkup Penelitian... 2 HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Kalsinasi Serbuk Cangkang Telur Bebek... 3 Hasil Sintesis Hidroksiapatit dan Turunannya... 6 Spektrum FTIR Produk Sintesis Hidroksiapatit... 9 Mikrograf Produk Sintesis Hidroksiapatit SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP... 33

14 14

15 DAFTAR TABEL Halaman 1 Kristalinitas dan rerata ukuran kristal sampel Nilai bilangan gelombang spektrum FTIR DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Termogram diferensial cangkang telur bebek Difraktogram sinar-x serbuk cangkang telur bebek setelah kalsinasi pada suhu 1000 C selama 6 jam Mikrograf serbuk cangkang telur bebek setelah kalsinasi pada suhu 1000 C dengan perbesaran Difraktogram sinar-x produk sintesis hidroksiapatit dengan metode kering pada suhu 800 C (a), 1000 C (b), dan 1200 C (c) Spektrum FTIR produk sintesis hidroksiapatit dengan metode kering pada suhu 800 C ( ), 1000 C ( ), dan 1200 C ( ) Mikrograf HAp hasil kalsinasi pada suhu 800 ºC (a), 1000 ºC (b), dan 1200 ºC (c) 11 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Bagan alir penelitian Perhitungan massa pembentukan hidroksiapatit Perhitungan kadar kalsium dalam cangkang telur bebek Data JCPDS Tabel data ukuran kristal sampel hasil analisis XRD... 22

16

17 1 PENDAHULUAN Implantasi adalah salah satu upaya merehabilitasi jaringan tulang yang rusak (patah atau retak) dan dapat meningkatkan pertumbuhan sel-sel jaringan untuk memperbaiki kerusakan tulang. Pada pembentukan tulang, sel-sel tulang keras membentuk senyawa kalsium fosfat dan kalsium karbonat. Senyawa kalsium fosfat ini memberikan sifat keras dalam jaringan tulang dan dikenal sebagai kristal apatit (Dahlan et al. 2009). Senyawa hidroksiapatit (HAp) sintetik lazim digunakan dalam dunia kedokteran saat ini sebagai salah satu bahan untuk implantasi. Akan tetapi, harganya sangat mahal sehingga sulit dijangkau oleh masyarakat luas. Oleh karena itu, dikembangkan bahan biomaterial alami sebagai alternatif bahan rehabilitasi yang sama baiknya, tetapi terjangkau oleh masyarakat. Struktur jaringan yang rusak dapat digantikan tanpa menimbulkan efek negatif seperti kerusakan jaringan keras tubuh berupa kecacatan struktur tulang. Berbagai teknik pernah dikembangkan untuk sintesis HAp, di antaranya metode kering, metode basah, reaksi hidrotermal, dan sol-gel (Balamurugan et al. 2006; Kahoe 2008). Berbagai bahan baku telah digunakan, antara lain tulang sapi, batu gamping, dan cangkang telur sebagai sumber kalsium, serta (NH 4 ) 2 HPO 4, H 3 PO 4, dan P 2 O 5 sebagai sumber fosforus (Muntamah 2011). Cangkang telur bebek yang berasal dari limbah rumah tangga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku HAp karena memiliki kandungan CaCO 3 cukup tinggi, yaitu 96.48% (Arunlertaree et al. 2007). Dahlan et al. (2009) telah menyintesis HAp dari campuran cangkang telur ayam dengan (NH 4 ) 2 HPO 4 menggunakan metode kering. Metode kering merupakan reaksi fase padat tanpa melibatkan pelarut. Penelitian ini bertujuan menyintesis dan mencirikan biomaterial HAp dengan memanfaatkan limbah cangkang telur bebek sebagai sumber kalsium. Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat dihasilkan senyawa apatit yang dapat dimanfaatkan secara komersial pada bidang kesehatan dengan harga yang ekonomis. Penelitian diawali dengan kalsinasi cangkang telur bebek untuk mendapatkan CaO. Produk kalsinasi ini dicirikan dengan menggunakan difraktometer sinar-x (XRD) dan mikroskop elektron pemayaran (SEM). Setelah itu, HAp disintetis dengan mereaksikan serbuk CaO hasil pemanasan cangkang telur bebek sebagai sumber kalsium dan diamonium hidrogen fosfat [(NH 4 ) 2 HPO 4 ] sebagai sumber fosforus dengan metode kering dan menggunakan variasi suhu. Produk HAp dicirikan kembali dengan menggunakan XRD, spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR), dan SEM. BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan adalah cangkang telur bebek, (NH 4 ) 2 HPO 4, HNO 3 pekat, KBr, dan air suling. Peralatan analitis yang digunakan adalah

18 2 peralatan kaca, neraca analitik, krus, lumpang, lempeng pemanas berpengaduk, tanur, spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z2000 di Laboratorium Balai Besar Teknik Kesehatan Lingkungan & Pengendalian Penyakit Jakarta, penganalisis termal diferensial (DTA) Shimadzu DTG-60H di Laboratorium Mineralogi, Departemen Ilmu Tanah dan Sumber Daya Lahan, IPB, spektrofotometer FTIR Simadzu IRPrestige-21 di Laboratorium Terpadu, IPB, serta SEM Bruker Zeiss Evo, XRD Shimadzu 7000 di Laboratorium Pengujian Hasil Hutan, Balai Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan, Bogor. Lingkup Penelitian Hidroksiapatit pada penelitian ini disintesis dengan metode kering (Lampiran 1). Sumber kalsium yang digunakan adalah cangkang telur bebek, sedangkan fosforus berasal dari (NH 4 ) 2 HPO 4. Pada tahap pertama, dilakukan penentuan kadar kalsium dan analisis DTA pada cangkang telur bebek. Tahap kedua ialah kalsinasi cangkang telur bebek, lalu tahap ketiga adalah pencirian CaO hasil kalsinasi menggunakan XRD dan SEM. Tahap keempat, ialah sintesis HAp menggunakan metode kering dengan variasi suhu 800, 1000, dan 1200 C, dilanjutkan dengan tahap kelima, yaitu pencirian hasil sintesis menggunakan XRD, FTIR, dan SEM. Preparasi Serbuk Cangkang Telur Bebek Cangkang telur bebek dicuci dengan air suling berulang kali untuk menghilangkan pengotornya. Setelah itu, dikeringudarakan dan dihaluskan. Serbuk cangkang kemudian disimpan dalam wadah yang bersih dan tertutup. Analisis Kadar Kalsium dalam Cangkang Telur Bebek Serbuk cangkang telur bebek ditimbang sebanyak 0.1 g dan ditambahkan 10 ml HNO 3 pekat dalam erlenmeyer 50 ml. Sampel didestruksi pada suhu 110 C selama 1 jam kemudian didinginkan. Hasil destruksi diencerkan dengan 100 ml air suling dan disaring. Ekstrak dianalisis dengan SSA untuk mengukur kadar kalsium pada cangkang telur bebek. Analisis dengan DTA Serbuk cangkang telur bebek yang sudah bersih diuji dengan DTA untuk menentukan suhu ketika CaCO 3 berubah menjadi CaO. Analisis dilakukan pada rentang suhu 0 hingga 1000 C selama 50 menit. Kalsinasi Serbuk Cangkang Telur Bebek Serbuk cangkang telur bebek dikalsinasi pada suhu 1000 C selama 6 jam. Serbuk CaO hasil kalsinasi disimpan di desikator sebelum digunakan. Sintesis Hidroksiapatit dengan Reaksi Kering (modifikasi Dahlan et al. 2009) Cangkang telur bebek yang sudah dikalsinasi dan (NH 4 ) 2 HPO 4 ditimbang dengan nisbah Ca/P 5:3 (Lampiran 2), dihomogenkan dengan lumpang dan pengaduk dengan kecepatan 400 rpm selama 2 jam. Campuran dipanaskan pada suhu 800, 1000, dan 1200 C masing-masing selama 2 jam.

19 3 Pencirian dengan XRD Produk kalsinasi dan produk sintesis HAp dengan ketiga ragam suhu dicirikan dengan XRD untuk menentukan fase yang terkandung di dalam sampel. Sampel berbentuk serbuk sebanyak 200 mg ditempatkan dalam lempeng aluminium berukuran (2 2) cm 2 dengan bantuan perekat pada difraktometer, kemudian dibuat difraktrogramnya. Pencirian dengan FTIR Produk sintesis HAp dengan ketiga ragam suhu disiapkan sebanyak 2 mg. Setelah itu, dicampur dengan 100 mg KBr dan dibuat pelet. Analisis FTIR dilakukan dengan jangkauan bilangan gelombang cm -1. Pencirian dengan SEM Analisis struktur dengan SEM dilakukan pada produk kalsinasi dan ketiga produk sintesis HAp. Sampel diletakkan pada lempeng aluminium yang memiliki 2 sisi dan difoto mikrografnya. HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Kalsinasi Serbuk Cangkang Telur Bebek Semua cangkang telur burung mengandung komponen mineral kalsium karbonat (CaCO 3 ) yang dikenal sebagai kalsit dan stabil pada suhu kamar (Nys et al. 2004). Cangkang telur tersusun dari matriks organik (3.5%) yang terdiri atas membran cangkang dan beberapa penyusun lain, melekat pada lapisan kalsium karbonat (95%) (Nys dan Gautron 2007). Kadar kalsium dalam cangkang telur bebek sebelum dikalsinasi, diukur menggunakan SSA adalah 75.12% (Lampiran 3). Sintesis HAp diawali dengan melakukan kalsinasi cangkang telur bebek pada suhu 1000 ºC selama 6 jam. Pemanasan bertujuan mengeliminasi komponen organik dan mengubah senyawa kalsium karbonat (CaCO 3 ) sebagai komponen utama cangkang menjadi kalsium oksida (CaO). Reaksi yang terjadi ditunjukkan di bawah ini: CaCO 3 CaO + CO 2 Sebelum dilakukan proses kalsinasi, cangkang telur bebek terlebih dahulu diuji dengan DTA. Pengujian ini bertujuan menentukan hubungan suhu dengan komposisi kimia yang terkandung di dalam cangkang. Analisis ini berguna untuk menentukan suhu optimum proses perubahan CaCO 3 menjadi CaO. Analisis dilakukan dari suhu 0 hingga 1000 C selama 50 menit. Gambar 1 menunjukkan peningkatan jumlah bobot cangkang telur bebek yang hilang, seiring dengan kenaikan suhu. Pada suhu 0 hingga 700 C, bobot cangkang menurun secara perlahan karena pada rentang suhu tersebut, molekul air menguap dan material protein organik terdekomposisi menjadi molekul yang lebih sederhana seperti CO dan CO 2. Penurunan bobot cangkang terjadi secara

20 4 cepat pada suhuu 700 hingga 850 C karena terjadi pelepasan CO 2 dari CaCO 3 yang terkandung dalam cangkang membentuk CaO. Fase CaO ini stabil dari suhu 850 hingga suhu 1000 C. Bobot yang berkurang selama proses pengujian cangkang telur bebek dengan DTA sebesar 51.03% %. Gambar 1 Termogram diferensial cangkang telur bebek Kurva DTA dapat digunakan untuk menentukan apakah dekomposisi berlangsung eksotermik atau endotermik. Prosess eksotermik akan menghasilkan puncak, sedangkan proses endotermik akan menghasilkan lembah. Dekomposisi CaCO 3 menjadi CaO dan CO 2 merupakan proses endotermik karena membutuhkan kalor. Pemilihan suhu kalsinasi sebesar 1000 ºC berdasarkan hasil analisis menggunakan DTA yang memberikan informasi bahwa pada suhu di atas 850 C terbentuk CaO dengan kondisi yang stabil hingga suhu 1000 C. Oleh sebab itu, diharapkan padaa suhu 1000 C seluruh CaCO 3 dalam cangkang sudah berubah menjadi CaO. Gambar 2 menunjukkan pola difraksi serbuk cangkangg telur bebek sesudah proses kalsinasi. Hasilnya sesuai dengan data Joint Crystal Powder Difraction Standard (JCPDS) untuk CaO (Lampiran 4a) dengan kristalinitass 98.69%. Identitas CaO ditunjukkann dengan puncak-puncak kristal pada sudut 2θ 32.3, 37.4, dan Berdasarkan hasil XRD tersebut, proses kalsinasi cangkang telur bebek pada suhuu 1000 C selama 6 jam telah menghasilkan fase CaO.

21 5 Gambar 2 Difraktogram sinar-x serbuk cangkang telur bebek setelah kalsinasi pada suhu 1000 C, selama 6 jam Serbuk CaO hasil kalsinasi harus disimpan di dalam wadah tertutup rapat untuk menghindari masuknya CO 2 dan H 2 O dari udara yang dapat mengganggu proses pembentukan HAp. Struktur dan tekstur CaO tersebut diamati menggunakan SEM yang hasilnya ditunjukkan oleh Gambar 3. Tekstur CaO hasil kalsinasi memiliki pola yang tidak seragam dan terbentuk pori kecil di sela-sela permukaan. Gambar 3 Mikrograf serbuk cangkang telur bebek setelah kalsinasi pada suhu 1000 C dengan perbesaran 500

22 6 Hasil Sintesis Hidroksiapatit dan Turunannya Hidroksiapatit (HAp) disintesis dengan metode kering melalui reaksi antara serbuk CaO hasil kalsinasi sebagai sumber Ca dan diamonium hidrogen fosfat [(NH 4 ) 2 HPO 4 ] sebagai sumber P. Kelebihan metode kering ialah sederhana dan menghasilkan kristal yang lebih banyak (Pramanik et al. 2005). Dalam metode ini, HAp disintesis menggunakan reaksi fase padat (padatan dengan padatan). Prinsipnya adalah sifat dasar atom yang bervibrasi semakin cepat pada suhu yang semakin tinggi (Dahlan et al. 2009). Difraktrogram hasil sintesis HAp dengan pemanasan 800 C (Gambar 4a) memiliki beberapa puncak intensitas tertinggi yang berdasarkan kesesuaian dengan data JCPDS menggambarkan fase berbeda, yaitu pada sudut 2θ 29.7 dan 32.6 menunjukkan fase apatit karbonat tipe A (AKA) (Lampiran 4b), 27.7 trikalsium fosfat (α-tcp) (Lampiran 4c), 28.9 hidroksiapatit (HAp) (Lampiran 4d), dan 35.3 tetrakalsium fosfat (TKF), Ca 4 (PO 4 ) 2 O (Lampiran 4e). Puncak lain yang menggambarkan fase HAp ialah 2θ 31.8 dan Selain itu, juga terdapat fase trikalsium fosfat (β-tcp) dengan nilai 2θ 37.4, 46.6, dan 49.8 sesuai data JCPDS pada Lampiran 4f. Puncak-puncak dengan intensitas sangat kecil tidak diambil karena dianggap sebagai latar belakang atau derau. Difraktrogram hasil sintesis HAp dengan pemanasan 1000 C (Gambar 4b) memperlihatkan puncak-puncak dengan intensitas tertinggi pada sudut 2θ 29.7 (fase AKA), 31.1 (fase β-tcp), dan 34.5 [fase oktakalsium fosfat, OKF (Lampiran 4g)]. Fase HAp ditunjukkan oleh sudut 2θ 28.9, 31.8, 53.0, dan Fase α-tcp ditunjukkan oleh sudut 2θ 26.7 dan Fase β-tcp juga ditunjukkan dengan sudut 2θ Selain itu, terdapat fase apatit karbonat tipe B (AKB) yang ditunjukkan oleh sudut 2θ 47.0 sesuai data JCPDS pada Lampiran 4h. Difraktrogram hasil sintesis hidroksiapatit dengan pemanasan 1200 C (Gambar 4c) menunjukkan puncak-puncak dengan intensitas tertinggi pada sudut 2θ 27.8 (fase α-tcp), 31.1 dan 53.0 (fase β-tcp), dan 34.4 (fase OKF). Fase HAp ditunjukkan oleh sudut 2θ 25.8 dan Selain itu, juga dihasilkan fase AKA dengan sudut 2θ 29.6 dan 32.6, serta fase AKB yang ditunjukkan oleh sudut 2θ Pada proses sintesis HAp dengan pemanasan 800 C masih ditemukan senyawa CaO dengan nilai 2θ 53.9 walaupun dengan intensitas yang kecil. Sampel hasil sintesis HAp dengan pemanasan 1000 dan 1200 C tidak lagi menunjukkan puncak CaO tersebut. Hal ini sesuai dengan termogram pada Gambar 1 yang menggambarkan bahwa CaO mulai terbentuk di suhu 800 C dan akan stabil pada suhu 850 hingga 1000 C. Adanya puncak CaO disebabkan oleh kurang tingginya suhu pemanasan sehingga reaksi belum berlangsung sempurna. Hasil sintesis menggunakan metode kering dengan variasi suhu belum menunjukkan terbentuknya senyawa HAp yang murni. Masih terdapat beberapa fase senyawa apatit lainnya seperti OKF, α dan β-tcp, AKA, AKB, dan TKF. Keberadaan fase selain HAp seperti fase β-tcp tidak berbahaya dan tidak memiliki efek samping ketika diimplan ke dalam mahluk hidup (Aoki 1991). Fase β-tcp untuk keperluan medis memiliki sifat biodegradabel, bioaktif, dan kelarutan yang tinggi sehingga dapat digunakan untuk material implan tulang (Hapsah 2012).

23 (c) Gambar 4 Difraktogram sinar-x produk sintesis hidroksiapatit dengan metode kering pada suhu 800 C (a), 1000 C (b), dan 1200 C (c) 7

24 8 Fase HAp paling stabil di antara senyawaan kalsium fosfat lainnya pada suhu ruang. Namun, selama pemanasan dengan suhu tinggi (sintering) fase HAp dapat berubah menjadi senyawa kalsium fosfat yang lain. HAp dapat terdekomposisi menjadi α- dan β-tcp, CaO, atau TKF pada suhu tertentu dan bergantung pada atmosfer di sekitarnya (Assolant et al. 2002). Pada semua hasil sintesis HAp terdapat fase β-tcp. Fase ini apabila dipanaskan lebih lanjut dapat membentuk α-tcp. Perubahan fase HAp menjadi TCP disebabkan oleh lepasnya gugus OH (dan melepaskan uap air) sehingga HAp mengalami dehidrasi. Fase TCP dapat terbentuk mulai dari suhu 600 o C dengan sumber kalsium dari kalsium nitrat tetrahidrat (Ca(NO 3 ) 2 4H 2 O) dan direaksikan dengan diamonium hidrogen ortofosfat ((NH 4 ) 2 HPO 4 ) (Assolant et al. 2002). Untuk mendapatkan HAp dengan densitas yang tinggi dan stabil, sintering dilakukan sampai suhu tertentu dan dijaga agar tidak terjadi dekomposisi HAp menjadi β-tcp atau senyawa lainnya. Suhu saat sintering ini merupakan salah satu faktor yang dapat memengaruhi dekomposisi karena secara aktif permukaan HAp dapat berinteraksi dengan atmosfer di sekitarnya pada suhu tertentu (Arifianto 2006). Pada awal pembuatan sampel HAp harus dipastikan bahwa yang terbentuk hanya fase HAp, tidak ada fase lain. Jika fase α- dan β-tcp telah muncul, maka setelah sintering, fase-fase tersebut akan memiliki intensitas puncak yang semakin kuat pada difraktogram. Dengan kata lain, pembentukan α- dan β-tcp saat awal pembuatan sampel akan meningkatkan dekomposisi selama sintering (Arifianto 2006). Fase selain HAp terbentuk karena adanya ion karbonat dari karbon dioksida di udara selama proses sintesis. Ion ini akan terperangkap dan menggantikan posisi OH pada kisi kristal HAp sehingga sulit dihilangkan. Kehadiran karbonat akan menurunkan proses kristalisasi apatit. Difraktogram sinar-x (Gambar 4) menunjukkan bahwa pada pemanasan 1200 ºC fase HAp tampak dalam fase β- TCP yang lebih banyak disertai dengan peningkatan kristalinitas. Munculnya fase OKF menunjukkan bahwa fase HAp belum terbentuk sempurna dan bahwa pembentukan kristal apatit didahului oleh pembentukan kristal nonapatit. Terbentuknya beberapa fase senyawa turunan apatit pada penelitian ini disebabkan oleh ketidakhomogenan proses pencampuran antara CaO sebagai sumber kalsium dan (NH 4 ) 2 HPO 4 sebagai sumber fosforus. Putaran pengaduk hanya mencampur sebatas bidang datar saja, tidak ke segala arah. Hal ini sesuai dengan yang dilaporkan Gergely et al. (2010) bahwa sintesis HAp dengan metode kering dari serbuk garam anorganik atau oksida membutuhkan pencampuran mekanik yang ekstensif dan perlakuan pada suhu tinggi. Dahlan et al. (2009) menyintesis HAp dari bahan dasar cangkang telur ayam menggunakan metode kering dengan variasi suhu reaksi 900 dan 1000 ºC. HAp yang dihasilkan masih disertai senyawa apatit lainnya seperti AKA dan AKB. Hal ini berarti peningkatan suhu sebesar 100 ºC tidak memberikan pengaruh yang berarti pada reaksi kering CaO dengan (NH 4 ) 2 HPO 4. Pada penelitian ini digunakan variasi suhu dengan selisih 200 ºC dan juga belum menghasilkan senyawa HAp yang murni, pada suhu 1200 ºC selama 2 jam. Hal ini dapat disebabkan oleh proses sintering yang kurang tepat. Seharusnya kenaikan suhu pada proses sintering dilakukan secara bertahap agar reaksi berlangsung sempurna.

25 9 Berdasarkan penelitian Hapsah (2012), sintesis HAp menggunakan metode kering dengan variasi suhu 400, 600, 800, 1000, 1200 dan 1250 ºC juga menghasilkan fase HAp dengan disertai senyawa lain, yaitu β-tcp, AKA, OKF, Ca(OH) 2, dan CaO. Difraktogram sinar-x hasil sintesis dengan metode keringsonikasi pada suhu 1250 ºC selama 3 jam dalam bentuk serbuk menghasilkan puncak-puncak tertinggi 2θ berasal dari HAp, yaitu di 31.8º dan 32.9º, serta mikrograf morfologi permukaan HAp yang lebih halus dan homogen. Kristalinitas merupakan besaran yang menyatakan kandungan kristal dalam suatu bahan dengan membandingkan luasan kurva kristalin dengan total luasan amorf dan kristalin. Suhu pemanasan memengaruhi kristalinitas yang terbentuk. Semakin teratur susunan atom dalam suatu bahan, semakin tinggi kristalinitasnya. Suhu pemanasan yang semakin tinggi menyebabkan susunan atom dalam sampel semakin teratur sehingga semakin banyak kristal yang terbentuk (Amrina 2008). Kristalinitas berbanding lurus dengan ukuran kristal. Ukuran kristal semakin besar seiring dengan kenaikan suhu proses sistesis HAp (Tabel 1). Kristalinitas yang didapatkan ini belum menggambarkan senyawa HAp murni, tetapi diperoleh dari campuran senyawa HAp dengan beberapa senyawa turunannya seperti OKF, α dan β-tcp, AKA, AKB, dan TKF. Tabel 1 Kristalinitas dan rerata ukuran kristal sampel Suhu Kristalinitas Rerata Ukuran ( C) (%) Kristal (nm) *Data selengkapnya diberikan di Lampiran 5 Spektrum FTIR Produk Sintesis Hidroksiapatit Secara umum, produk sintesis HAp dengan ketiga variasi suhu menunjukkan pita serapan dari vibrasi regang simetris ( 1), regang asimetris ( 3), dan tekuk asimetris ( 4 ) dari PO 4 3, vibrasi tekuk simetris ( 2), 3, dan 4 dari CO 3 2, serta vibrasi regang OH (Gambar 5). Posisi pita-pita serapan tersebut ditunjukkan pada Tabel 2. Pita serapan gugus OH dengan rentang bilangan gelombang cm -1 menunjukkan keberadaan H 2 O pada kristal apatit yang terbentuk. Sementara pita serapan pada bilangan gelombang cm -1 berasal dari gugus OH yang terikat ke fase HAp. Hal ini menunjukkan bahwa fase HAp terbentuk seiring dengan kenaikan suhu sintering. Muntamah (2011) melaporkan bahwa serapan PO 4 3 pada spektrum HAp komersial berupa pita kecil pada bilangan gelombang 960 cm -1. Produk sintesis HAp dengan variasi suhu pada penelitian ini hanya menghasilkan satu pita serapan pada bilangan gelombang tersebut. Hal ini disebabkan oleh adanya ion CO 3 2 yang menghambat terbentuknya kristal HAp. Keberadaan ion CO 3 2 dapat berasal dari bahan baku CaO atau dari udara bebas selama proses homogenisasi dan sintering.

26 10 Gambar 5 Spektrum FTIR produk sintesis hidroksiapatit dengan metode kering pada suhu 800 C ( ), 1000 C ( ), dan 1200 C ( ) Tabel 2 Nilai bilangan gelombang penciri hidroksiapatit dalam spektrum FTIR produk sintesis Suhu sintering ( C) Pita serapan PO 4 3 (cm -1 ) Pita serapan CO 3 2 (cm -1 ) Pita serapan OH (cm -1 ) Keterangan : 1= vibrasi regang simetris; 2= vibrasi tekuk simetris; 3= vibrasi regang asimetris; 4= vibrasi tekuk asimetris Tabel 2 menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu sintering, semakin sedikit jumlah pita serapan gugus CO 3 2 pada produk sintesis. Selain itu, semakin sedikit pula gugus OH dalam produk yang berasal dari H 2 O. Dalam kristal apatit, H 2 O dapat berada di permukaan atau di dalam kristal. H 2 O di permukaan kristal apatit akan hilang oleh pemanasan di bawah suhu 200 C, sedangkan H 2 O di dalam kristal akan hilang bila produk dipanaskan di atas suhu C (Soejoko dan Wahyuni 2002).

27 Mikrograf Produk Sintesis Hidroksiapatit Sampel selain dicirikan mengggunakan XRD untuk mengidentifikasi fase kristal, juga dicirikan dengan SEM untuk mengamati morfologi permukaannya. Mikrograf hasil sintesis HAp dengan variasi suhu diperoleh berupa kristal beberapa senyawa apatit yang berkumpul dengan bentuk tidak seragam (Gambar 6). Hasil ini menunjukkan bahwa sintesis dengan metode kering belum menghasilkan HAp yang sempurna. Dari ketiga mikrograf tersebut, terlihat bahwa semakin tinggi suhu sintering, pori-pori semakin terbuka. Gergely et al. (2010) melaporkan hasil SEM HAp hasil sintesis dengan metode kering berupa butiran kasar berukuran nanometer yang menggumpal dengan permukaan halus. Sementara morfologi HAp komersial dilaporkan berupa granul-granul yang membentuk agregat. Ukuran granul tidak merata dan memiliki struktur yang halus (Trianita 2012). a b c Gambar 6 Mikrograf HAp hasil kalsinasi pada suhu 800 ºC (a), 1000 ºC (b), dan 1200 ºC (c) SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Sintesis HAp menggunakan kalsium oksida yang berasal dari cangkang telur bebek dan diamonium hidrogen fosfat menggunakan metode kering dengan variasi suhu 800, 1000, dan 1200 ºC belum menghasilkan HAp murni. Masih

28 12 terdapat beberapa senyawa apatit lainnya seperti AKA, AKB, α-tcp, β-tcp, OKF, dan TKF sebagaimana ditunjukkan oleh hasil difraktogram sinar-x. Spektrum FTIR menunjukkan pita serapan gugus OH yang terikat fase HAp pada produk sintesis dengan suhu sintering 1000 dan 1200 ºC. Mikrograf SEM menunjukkan permukaan produk sintesis HAp yang mengumpul dengan bentuk tidak beraturan dan berpori. Saran Dibutuhkan pengondisian tertentu untuk menghindari keberadaan ion CO 3 2 pada proses sintesis. Proses sintering dilakukan dengan kenaikan suhu yang bertahap agar reaksi hidrotermal berjalan dengan sempurna. Variasi waktu pengadukan pada metode kering juga diperlukan untuk menyempurnakan sintesis HAp agar diperoleh HAp yang lebih murni. DAFTAR PUSTAKA Aoki H Science and Medical Applications of Hydroxyapatite. Tokyo (JP): Tokyo Medical and Dental Univ. Amrina, QH Sintesa hidroksiapatit dengan memanfaatkan limbah cangkang telur: karakterisasi difraksi sinar-x dan scanning electron microscopy (SEM) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Arifianto 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. Arunlertaree C, Kaewsomboon W, Kumsopa A, Pokethitiyook P, Panyawathanakit P Removal of lead from battery manufacturing wastewater by egg shell. Songklanakarin J Sci Technol. 29: Assolant DB, Ababou A, Champion E, Heughebaert M Sintering of calcium phosphate hydroxyapatite Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 I. Calcination and particle growth. J Eur Ceramic Soc. 23: Balamurugan A, Michel J, Fauré J, Benhayoune H, Wortham L, Sockalingum G, Banchet V, Bouthors S, Maquin DL, Balossier G Synthesis and structural analysis of sol gel derived stoichiometric monophasic hydroxyapatite. Ceramics-Silikaty. 50(1): Dahlan K, Prasetyanti F, Sari YW Sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur menggunakan dry method. J Biofisika. 5(2): Gergely G, We ber F, Luka cs I, To th AL, Horva th ZE, Miha ly J, Bala zsi C Preparation and characterization of hydroxyapatite from eggshell. Ceramics Int. 36: Hapsah S Perubahan fase padat pada pembentukan hidroksiapatit akibat variasi suhu [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Kahoe S Optimisation of hydroxyapatite (HAp) for orthopedic application via the chemical prepicitation technique [tesis]. Dublin (IE): Dublin City Univesity.

29 Muntamah Sintesis dan karakterisasi hidroksiapatit dari limbah cangkang kerang darah (Anadara granosa sp) [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Nys Y, Gautron J Structure and formation of the eggshell. Di dalam: Huopalahti R, Lopez-Fandino R, Anton M, Schade R, editor. Bioactive Egg Compounds. Berlin (DE): Springer-Verlag. Halaman Nys Y, Gautron J, Garcia-Ruiz JM, Hincke MY Avian eggshell mineralization: biochemical and functional characterization of matrix protein. C R Palevol. 3: Pramanik S, Agarwal AK, Rai KN Development of high strength hydroxyapatite for hard tissue replacement. Trends Biomater Artif Organs. 19(1): Soejoko DS, Wahyuni S Spektroskopi inframerah senyawa kalsium fosfat hasil presipitasi. Makara Sains. 6(3): Trianita VN Sintesis hidroksiapatit berpori dengan porogen polivinil alkohol dan pati [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 13

30 14 Lampiran 1 Bagan alir penelitian Preparasi cangkang telur bebek ` Analisis kadar Ca dengan AAS Analisis DTA Kalsinasi pada suhu 1000 C selama 6 jam Analisis XRD dan SEM Sintesis HAp dengan metode kering: CaO + (NH 4 ) 2 HPO 4 Dihomogenkan dengan lumpang dan pengaduk dengan kecepatan 400 rpm selama 2 jam Campuran dipanaskan pada suhu 800, 1000, dan 1200 C masing-masing selama 2 jam. Analisis XRD, FTIR, dan SEM

31 15 Lampiran 2 Perhitungan massa pembentukan hidroksiapatit Reaksi: 10CaO + 6(NH 4 ) 2 HPO 4 Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) NH 3 + 8H 2 O H = g/mol P = g/mol N = g/mol O = g/mol Ca = g/mol M r (NH 4 ) 2 HPO 4 = g/mol koef (NH 4 ) 2 HPO 4 A r P m P = M r (NH 4 ) 2 HPO 4 koef CaO M r (NH 4 ) 2 PO g/mol = g/mol g/mol = g M r (NH 4 ) 2 HPO 4 m (NH 4 ) 2 HPO 4 = m P A r P g/mol = g g/mol = g Ca/P = 1.67 Ca = g Ca = g M r CaO = g/mol M r CaO m CaO = m Ca A r Ca g/mol = g g/mol = g 10 g = 10 g = m CaO + m (NH 4 ) 2 HPO 4 X g g 10 g X = X = X

32 16 lanjutan Lampiran g m (NH 4 ) 2 HPO 4 yang akan ditimbang = = g g m CaO yang akan ditimbang = = g Nisbah CaO dan (NH 4 ) 2 HPO 4 Ca g 100% 100% 71.47% CaO g m P g 100% 100% 23.46% m (NH 4 ) 2 HPO g

33 17 Lampiran 3 Perhitungan kadar kalsium dalam cangkang telur bebek Konsentrasi kalsium (x) : ppm Bobot contoh (m) : gram Volume contoh (V) : 100 ml Faktor pengenceran (fp) : 100 Persentase penjerapan dapat dihitung dengan menggunakan rumus : x.v.fp % kadar kalsium = 100% m ppm. 1 g/1000 mg. 100 ml. 1 L/1000 ml. 100 = 100% g = 75.12%

34 18 Lampiran 4 Data JCPDS a. Data JCPDS kalsium oksida (CaO) b. Data JCPDS apatit karbonat tipe A (AKA) (Ca 10 (PO 4 ) 6 CO 3 )

35 19 lanjutan Lampiran 4 c. Data JCPDS trikalsium fosfat (α-tcp) d. Data JCPDS hidroksiapatit

36 20 lanjutan Lampiran 4 e. Data JCPDS tetrakalsium fosfat (TKF) f. Data JCPDS trikalsium fosfat (β-tcp)

37 21 lanjutan Lampiran 4 g. Data JCPDS oktakalsium fosfat (OKF) h. Data JCPDS apatit karbonat tipe B (AKB) (Ca 10 (PO 4 ) 3 (CO 3 ) 3 (OH) 2 )

38 22 Lampiran 5 Data ukuran kristal sampel hasil analisis XRD a. Hasil sintesis pada suhu 800 C 2θ ( ) β ( ) 2θ θ β cos θ (rad) (rad) (rad) L (nm)

39 23 lanjutan Lampiran 5a 2θ ( ) β ( ) 2θ θ β cos θ (rad) (rad) (rad) L (nm)

40 24 lanjutan Lampiran 5a 2θ ( ) β ( ) 2θ θ β cos θ (rad) (rad) (rad) L (nm)

41 25 lanjutan Lampiran 5a 2θ ( ) β ( ) 2θ cos β θ (rad) (rad) θ (rad) L (nm) Rerata

42 26 b. Hasil sintesis pada suhu 1000 C 2θ ( ) β ( ) 2θ θ β cos θ (rad) (rad) (rad) L (nm)

43 27 lanjutan Lampiran 5b 2θ ( ) β ( ) 2θ θ β cos θ (rad) (rad) (rad) L (nm)

44 28 lanjutan Lampiran 5b 2θ ( ) β ( ) 2θ θ β cos θ (rad) (rad) (rad) L(nm)

45 29 lanjutan Lampiran 5b 2θ ( ) β ( ) 2θ θ β cos θ (rad) (rad) (rad) L (nm) Rerata

46 30 c. Hasil sintesis pada suhu 1200 C 2θ ( ) β ( ) 2θ (rad) Θ (rad) cos θ β (rad) L (nm)

47 31 lanjutan Lampiran 5c 2θ ( ) β ( ) 2θ θ β cos θ (rad) (rad) (rad) L (nm)