41 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Serapan Fourier Transform Infrared (FTIR) Karakterisasi mikroskopik yang pertama dilakukan adalah analisis FTIR. Analisis serapan FTIR dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi yang terkandung dalam tiga sampel kontrol dan enam sampel uji nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nha/cs). Spektrum transmitansi IR sampel diperlihatkan pada Gambar 4.1 sampai 4.7. Tabel 4.1 memperlihatkan bilangan gelombang gugus-gugus fungsi yang dimiliki oleh ketiga sampel kontrol dan keenam sampel uji. 8. 7 6 5 %T 4 3 2 1 3435,16 1539,27 1634,24 1414,27 1132,19 162,16 92,24 563,22. 4. 3 2 15 1 45. cm-1 Gambar 4.1 Pola FTIR Sampel Uji B 1 nha (1%) + CS (9%)
42 8. 7 6 5 3444,51 2923,54 1544,54 1383,54 1651,52 163,48 563,5 %T 4 3 2 1. 4. 3 2 15 1 45. cm-1 Gambar 4.2 Pola FTIR Sampel Uji B 2 nha (2%) + CS (8%) 8. 7 6 5 %T 4 3 2 1 3462,5 1638,13 1383,18 138,18 62,16 563,14 131,9. 4. 3 2 15 1 45. cm-1 Gambar 4.3 Pola FTIR Sampel Uji B 3 nha (3%) + CS (7%)
43 1. 9 8 7 6 5 %T 4 3 3419,34 2926,4 2368,43 2341,44 1993,44 174,39 158,36 165,35 1423,33 472,36 2 1 961,22 62,16 564,12 3568,35 131,6-1. 4. 3 2 15 1 45. cm-1 Gambar 4.4 Pola FTIR Sampel Uji B 4 nha (4%) + CS (6%) 1. 9 8 7 6 %T 5 4 3 2 1-1. 3571,14 3435,13 175,37 1559,37 165,32 158,36 1458,33 1419,32 1384,35 191,2 131, 4. 3 2 15 1 45. cm-1 Gambar 4.5 Pola FTIR Sampel Uji B 5 nha (5%) + CS (5%) 962,25 877,44 631,18 472,44 63,7 564,4
44 8. 7 6 5 877,53 473,51 %T 4 3 1644,38 1384,45 1455,44 1417,43 962,42 631,36 2 3472,23 192,18 63,27 564,24 1 132,14. 4. 3 2 15 1 45. cm-1 Gambar 4.6 Pola FTIR Sampel Uji B 5 nha (6%) + CS (4%) 379,81 3571,74 3434,73 1653,79 154,81 1563,82 142,8 876,84 837,84 962,76 629,7 474,83 (a) %T 3573,71 3435,67 3418,4 2922,73 1652,74 1639,11 1428,77 1258,79 1379,77 1157,75 1324,78 1382,16 193,37 172,74 1151,11 998,1 133,19 173,11 63,56 6,77 564,5 52,18 473,51 (b) (c) (d) 1644,38 1455,44 1417,43 962,42 631,36 3472,23 132,14 63,27 564,24 4. 3 2 15 1 45. cm-1 Gambar 4.7 Pola FTIR dari (a) nha, (b) Chitosan from Shrimp Shells, (c) CS, (d) nha/cs nanocomposite
46 Berdasarkan Tabel 4.1 gugus fungsi yang teridentifikasi pada sampel kontrol A 1 (serbuk nanopartikel hidroksiapatit) diantaranya adalah gugus fosfat (PO 4 ), gugus karbonat (CO 3 ) dan gugus hidroksil (OH). Gugus fungsi karbonat (CO 3 ) yaitu gugus NO 2 (ν 2 ) pada bilangan gelombang 1563 cm -1 serta gugus CH 3 (ν 3 ) pada 142 cm -1. Sampel kontrol A 2 (serbuk Chitosan from Shrimp Shells) dan sampel kontrol A 3 kitosan (CS) memiliki gugus fungsi N-H, C-H, amida I dan amida II yang merupakan karakteristik dari kitosan. Peta absorbsi dari keseluruhan sampel uji B 1 sampai B 6 menunjukkan adanya tumpang tindih (overlapping) dibeberapa bilangan gelombang. Spektrum IR pada keenam sampel uji tersebut menunjukkan adanya pita absorbsi fosfat, pita absorbsi karbonat v 2 dan v 3, serta pita absorbsi hidroksil dari nanopartikel hidroksiapatit (nha) bertumpuk dengan gugus N-H, C-H, amida I dan amida II milik kitosan. Tumpang tindih (overlapping) pada beberapa bilangan gelombang ini mengakibatkan spektra FTIR terlihat lebih lebar pada daerah bilangan gelombang 3472 cm -1 (Gambar 4.7). Analisis hasil FTIR pada sampel uji B 1 sampai B 3 memperlihatkan teridentifikasinya gugus fungsi N-H, amida I dan amida II yang merupakan karakteristik dari kitosan mampu bertumpukan dengan gugus fungsi OH milik nanopartikel hidroksiapatit (n-ha) tetapi tidak terlihat perubahan yang lebih lebar pada spektra FTIR. Sampel uji B 1 terindentifikasi memiliki gugus fungsi N-H yang bertumpukkan dengan gugus fungsi OH milik nanopartikel hidroksiapatit (n- HA) pada bilangan gelombang 3435 cm -1 tetapi spektra FTIR masih identik dengan spekta FTIR pada sampel kontrol A 3 (kitosan/cs). Sampel uji B 2 memilki
47 gugus fungsi OH pada bilangan gelombang 3444 cm -1 yang bertumpukan dengan gugus fungsi N-H milik kitosan. Spektra FTIR sampel uji B 2 tidak terlihat lebih lebar, gugus PO 4 stretching pada bilangan gelombang 163 cm -1 dan PO 4 bending pada 563 cm -1, gugus C-H muncul pada bilangan gelombang 2923 cm -1 dan gugus fungsi C=C yang bertumpukkan dengan gugus fungsi amida II milik kitosan pada bilangan gelombang 1544 cm -1. Selain itu teridentifikasi gugus fungsi OH dari nanopartikel hidroksiapatit (n-ha) yang bertumpukkan dengan gugus fungsi amida I milik kitosan pada bilangan gelombang 1651 cm -1. Sampel uji B 3 memilki gugus fungsi OH pada bilangan gelombang 3462 cm -1 yang bertumpukan dengan gugus fungsi N-H milik kitosan dan pada bilangan gelombang 1638 cm-1 yang bertumpukkan dengan gugus fungsi amida I milik kitosan. Gugus PO 4 stretching pada bilangan gelombang 131 cm -1 dan PO 4 bending pada 62-563 cm -1. Gugus C=C pada bilangan gelombang 1638 cm-1 bertumpukkan dengan gugus fungsi amida I dan amida II milik kitosan. Gugus fungsi yang teridentifikasi pada sampel uji B 4 sampai B 6 memperlihatkan tumpang tindih (overlapping) dibeberapa panjang gelombang seperti gugus fungsi N-H milik kitosan yang tumpang tindih dengan gugus fungsi OH milik nha. Spektra FTIR pada sampel uji B 4 sampai B 6 berbeda dengan spektra FTIR pada sampel uji B 1 sampai B 3. Spektra FTIR pada sampel uji B 4 sampai B 6 terlihat lebih lebar. Terjadinya overlapping yang menyebabkan pelebaran spektra FTIR pada beberapa bilangan panjang gelombang disertai teridentifikasinya gugus fungsi dari kitosan dan nha menunjukkan nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nha/cs) telah berhasil terbentuk.
1-1 2-1 2 2-2 1 2 1 1 1 1 1 1-4 - 2 3 1 4 1-1 - 3 1 3-3 2 2 2 3-1 1-3 1 1 3 1 2-2 3 1 1-3 1-2 2 2 2-1 2-2 - 2-2 1 1 2-2 1 2 1 2 1-1 - 2 1-1 2 1 1-1 1 1 1-1 1-1 - 1 1-1 - 1 1 1-1 1 6-1 - 5 3 1-3 1-6 - 2 3 4 2 1 5 3 4 3-6 1-2 - 4 5-2 5 1-5 2 4 3 1 1 5 2 5 4 3 1-3 2 3 5 1 1-4 1 4-3 4-2 - 2 4-2 3 3 1 5 1-1 - 2 2 4-4 2 2-1 4 1 4 2 1 3 3-3 4-1 4-1 - 4 1 2-3 2 1-2 3 3 2 1-3 - 2 1 2 2 1-2 - 1 1 2 ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga 48 4.2 Hasil Pengujian X-Ray Diffraction (XRD) Mengacu pada hasil dan pembahasan analisis FTIR, hasil pengujian instrumen X-Ray Diffraction (XRD) memberikan informasi spesifik eksitensi mengenai fasa apa saja yang terkandung di dalam sampel. Pola XRD digambarkan dalam bentuk profil difragtogram (kurva dengan puncak-puncak), sebagai absis adalah sudut difraksi 2θ dan ordinat adalah kalkulasi intensitas difraksi count yang dilengkapi dengan data jarak antar bidang atom (d=jarak kisi kristal) (Winarti, 28). Analisa XRD dilakukan dengan mencocokan data ICSD (Inorganic Crystal Structure Database). Data tersebut kemudian dianalisis sehingga diperoleh parameter kisi kristal, ukuran kristal sampel dan derajat kristalinitas sampel nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nha/cs). Berikut adalah pola hasil analisa XRD masing-masing sampel : 398 I/ rel. CaHPO4 69.6% hydroxyapatite 3.4% Sampel1b.raw DIFF 1549 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 2 theta / deg Gambar 4.8 Kurva Search Match Terhadap Puncak-puncak Sampel Uji B 1
1 2 1 2 2 2-1 - 1 2-1 2 2 2 3 2 1 2 1 2 1 1 2 2 2 1-1 1 1 1 1-1 1 1 1-1 1-1 - 1 1-1 - 1 1 1-2 3 2 2 3-2 2 2 1 3-3 1 1-3 1-2 2 1 2-2 - 2 1-2 - 1 1 2 2-2 1 1 2-1 1 3 2-3 4 3-3 - 4 2 2 1-4 2 4-2 - 1 4 2-3 1-4 - 2-4 3 3 1 4 1 4 2 1 4-2 3 2 1-3 3 2 3 2 1-2 3-1 1 3 2 1-3 - 2 1 2 1 6 1 1 6-4 3 4-6 2-1 4-4 4 1 3 3 4-4 - 1 5-2 3 5-5 3-1 - 4 2 4-4 3 2-2 2 4 3 3-4 - 1 4-3 2 4 3 4-1 1 2 2 1 1 3 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 1-1 1 1 1-1 1-1 - 1 1-1 1 1 1-1 1 2 2 3-3 2 2 3 1 2 1 2 1 1 2 2 2 1-1 1 1 5 3 2-5 3 5-3 2 1 6-3 3 3 5 3-1 2 5 3 5-2 - 4 3 4 5-2 5 2 5-2 - 3 2 3 1 5 4 1 4-2 3 4-5 5 1 1-5 1-1 - 3 4-2 - 4 2 2-3 3 1 2 3 2 4 2-1 1 4 1-1 2 4-4 1 3 3 2 1-3 1 4 3 2 1-2 3 1 1 3 3 2 2 1 2 2 3-1 3-1 - 2 1-3 - 2 2-1 1 2-2 2 2 1 2 2-2 1 2-2 1-1 1 2 1 ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga 49 3166 I/ rel. CaHPO4 43.2% hydroxyapatite 56.8% Sampel2a.raw DIFF 1583 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 2 theta / deg Gambar 4.9 Kurva Search Match Terhadap Puncak-puncak Sampel Uji B 2 2933 I/ rel. CaHPO4 2.9% hydroxyapatite 79.1% Sampel3a.raw DIFF 1467 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 2 theta / deg Gambar 4.1 Kurva Search Match Terhadap Puncak-puncak Sampel Uji B 3
2 1 1 2 1 1 3 1 2 2 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2 1 1 1 1 1 2-1 1 1-1 1-1 - 1 1-1 1 1 1-1 1 3 4 1 5 1-4 - 2 4-1 - 3 1-4 - 4 1-1 - 3 2 2 3 1 1 3 2 1-1 1-1 3 4-3 1 6 3 4 2 5 1 2 5 1 4-3 5-1 4 4-1 1 4 4-4 4-2 5-1 2 2-5 - 1 2 5-1 5 5 2-3 2 4-3 4 5 1-1 - 5 2-4 2 2-3 3 1 2 1 2 3 2 3 2 2 4-1 4 2-1 1 4-1 4 3 2 1-2 3 1 1 3 3 2 1 3 2 3-3 1 2 2 1 2 2-1 1 1 3-2 2 1 3-2 1 2-2 1-1 1 2 1 2 1 1 2 1 1 3 1 2 2 2 2 2 2 2 3 3 1 3 2 1 3 2 3-2 1-3 - 1 2-1 2 1 1 1 1 2-1 1-1 1 1 1-1 1-1 - 1 1-1 - 1 1 1-1 2 3-2 4 2-2 - 4 1 4-1 - 3 1 3-1 1-4 - 2 3 1 1-2 2 1 1 5 3 2-4 5-2 1-6 - 2 1 6-6 1-1 - 2 1-5 2 5 5 3-3 - 2 4-3 5 4-2 - 5 5-2 2 2-5 - 1 5 5 1 2-5 1 3 2 4-4 3-1 5 1-1 - 5 2-4 2 2-3 3 1 2 3 2 4 2-1 3 2 3-3 3 1-2 3-1 2 3 1 1 3 3-2 3 1 2 3-2 2-1 1 2-2 2-2 1 3-2 1 2-2 1-1 1 2 1 2 1 ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga 5 291 I/ rel. CaHPO4 13.7% hydroxyapatite 86.3% Sampel4b.raw DIFF 1451 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 2 theta / deg Gambar 4.11 Kurva Search Match Terhadap Puncak-puncak Sampel Uji B 4 2758 I/ rel. CaHPO4 3.7% hydroxyapatite 96.3% Sampel5b.raw DIFF 1379 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 2 theta / deg Gambar 4.12 Kurva Search Match Terhadap Puncak-puncak Sampel Uji B 5
2 1 1 2 1 1 2 2 2 2 3 3 1 4 1 1 3 2 2 1 3 2 3 1 2 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 6 1 1 2 7 1 1 3 1 3 1 2 2 1 3 2 2 5 4 2 6 4 3 3 5 2 2 4 4 2 4 3 5 3 1 5 2 2 6 5 2 3 1 1 3 5 4 1 3 2 1 5 2 3 3 3 4 1 2 5 3 3 2 4 2 1 4 2 2 4 1 3 2 2 3 3 1 4 1 3 2 1 4 2 2 ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga 51 2627 I/ rel. hydroxyapatite Sampel6b.raw DIFF 1314 5 1 15 2 25 3 35 4 45 5 55 6 65 7 75 8 85 9 2 theta / deg Gambar 4.13 Kurva Search Match Terhadap Puncak-puncak Sampel Uji B 6 Identifikasi Gambar 4.7 memperlihatkan pola XRD sampel uji B 1 nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nha/cs) yang menunjukkan puncak tertinggi dimiliki oleh CaHPO 4 (Kalsium Hidro-fosfat) yakni pada sudut 2θ = 3.12. Mayoritas puncak yang teridentifikasi dari sampel uji B 1 adalah milik CaHPO 4, meskipun mineral apatit (nanopartikel hidroksiapatit) masih muncul pada puncak-puncak tertentu. Calculated pattern pada sampel uji B 1, CaHPO 4 sebesar 69,6% dan hydroxyapatite sebesar 3,4%. Kemungkinan terbentuknya senyawa CaHPO 4 disebabkan ketidaksetabilan stoikiometri dalam senyawa nanopartikel hidroksiapatit [nha, Ca 1 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ] menyebabkan rasio molar Ca/P>1,67 yang membentuk CaO. Kandungan CaO diatas 55% akan membentuk kalsium hidro-fosfat (CaHPO 4 ). Identifikasi Sampel B 2 puncak tertinggi pada sudut 2θ = 31.84 (Gambar 4.8), B 3 pada sudut 2θ = 31.76 (Gambar 4.9), B 4 pada sudut 2θ = 31.82 (Gambar 4.1), B 5 pada sudut 2θ = 31.8 (Gambar 4.11) dan sampel uji
52 B 6 puncak tertinggi pada sudut 2θ = 31.76 (Gambar 4.12). Puncak-puncak tertinggi yang diperlihatkan pola XRD pada sampel uji B 2 sampai B 5 nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nha/cs) dimiliki oleh nanopartikel hidroksiapatit (nha). Pola XRD sampel uji B 2 sampai B 5 memperlihatkan masih muncul puncak milik CaHPO 4 di beberapa sudut, namun intensitasnya lebih rendah dibandingkan puncak yang dimiliki nha dan terjadi penurunan nilai calculated pattern CaHPO 4 pada setiap kenaikan variasi komposit. Pada sampel uji B 6 fasa CaHPO 4 tidak teridentifikasi, puncak-puncak hanya dimiliki oleh nha (Gambar 4.13). Munculnya fasa CaHPO 4 diprediksi menyebabkan ketidaksetabilan [nha, Ca1(PO 4 ) 6 (OH) 2 ]. Ketidaksetabilan ini kemungkinan berpengaruh pada nilai parameter kisi, ukuran kristal dan derajat kristalinitas. Hasil perhitungan data XRD yang menunjukkan nilai parameter kisi dan ukuran kristal nanopartikel hidroksiapatit (nha) dalam nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nha/cs) diperlihatkan pada Tabel 4.2 dan Tabel 4.3. Derajat kristalinitas sampel uji B 1 sampai B 6 disajikan dalam Tabel 4.4. Tabel 4.2 Parameter Kisi Sampel Kode Parameter Kisi Sampel a,b (Å) Accuracy c (Å) Accuracy B 1 9.432 96,872 6.8817 99,851 B 2 9.44 97,936 6.894 99,951 B 3 9.392 98,938 6.8785 99,428 B 4 9.3798 97,646 6.8743 99,15 B 5 9.398 98,988 6.888 98,955 B 6 9.3942 98,311 6.8826 99,526
53 Tabel 4.3 Ukuran Kristal Sampel Kode Sampel D 2 (nm) B 1 21, B 2 22. B 3 17, B 4 17, B 5 18, B 6 2, Tabel 4.4 Derajat Kristalinitas Sampel Kode Sampel Derajat Kristalinitas (%) B 1 34 B 2 19 B 3 3 B 4 31 B 5 31 B 6 35 Parameter kisi nanopartikel hidroksiapatit (nha) dalam nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nha/cs) menunjukkan nilai parameter kisi a=b c masih relevan dengan reverensi yaitu a=b=9,432 Å dan c= 6,881 Å. Struktur kristal nanopartikel hidroksiapatit (nha) adalah heksagonal (a=b c). Hal ini sekaligus menjelaskan bahwa dengan kehadiran fasa lain CaHPO 4, nha masih dalam fase kristal stabil didalam sintesis nanokomposit hidroksiapatit/ kitosan (nha/cs), yaitu [nha, Ca1(PO 4 ) 6 (OH) 2 ].
54 Perhitungan ukuran kristal sampel dan derajat krisatinitas menunjukkan nilai yang naik-turun. Penjelasan yang mampu diberikan adalah penjelasan nilai-nilai dalam Tabel 4.3 dan 4.4. Pada Tabel 4.3 memperlihatkan ukuran kristal sampel yang dihitung menggunakan persamaan Scherrer. Ukuran kristal yang diperoleh berkisar 17,-22, nm. Ukuran kristal yang diperoleh ini berbanding terbalik dengan nilai FWHM. Sampel yang memiliki nilai FWHM yang rendah akan menghasilkan ukuran kristal yang lebih besar. Pada pengukuran derajat kristalinitas menyatakan banyaknya kandungan kristal dalam suatu material dengan membandingkan luasan kurva kristal dengan luasan amorf+kristal. Terlihat perbedaan derajat kristalinitas pada Tabel 4.4, hal ini menunjukkan bahwa struktur amorf kitosan mempengaruhi derajat kristalinitas nanopartikel hidroksiapatit (nha) dalam nanokomposit hidroksiapatit/ kitosan (nha/cs). 4.3 Hasil Pengamatan Scanning Electron Microscopy (SEM) Karakterisasi SEM untuk mengetahui morfologi sampel dilakukan bersamaan karakterisasi EDAX untuk mengetahui kandungan Ca dan P. Karakterisasi Pengamatan SEM-EDAX dilakukan pada sampel B 2 dan B 6 nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nha/cs). Berikut hasil dari karakterisasi SEM pada sampel B 2 dan B 6 (Gambar 4.14 dan Gambar 4.15) dengan perbesaran 5.x, 1.x, 3.x dan Tabel 4.5 memperlihatkan rasio Ca/P dari sampel dengan melihat kandungan Ca dan P dari hasil EDAX.
55 (a) (b) (c) Gambar 4.14 Struktur Morfologi SEM Sampel Uji B 2 ; (a) Perbesaran 5.x; (b) 1.x dan (c) 3.x. (a) (b) (c) Gambar 4.15 Struktur Morfologi SEM Sampel Uji B 6 ; (a) Perbesaran 5.x; (b) 1.x dan (c) 3.x.
56 Element Wt% At% OK 44.49 56.39 PK 14.67 9.6 CaK 29.55 14.95 Matrix Correction ZAF (a) (b) Element Wt% At% OK 48.38 68.11 PK 17.46 12.7 CaK 34.16 19.19 Matrix Correction ZAF Gambar 4.16 Microanalysis Report dari EDAX; (a) Sampel Uji B 2, (b) Sampel Uji B 6. Tabel 4.5 Rasio Molaritas Ca/P Kode Sampel Ca/P B 2 1,56 B 6 1,51
57 Analisis morfologi perrmukaan SEM pada sampel B 2 dan B 6 memperlihatkan nanopartikel hidroksiapatit (nha) menyebar seragam dalam nanokomposit hidroksiapatit (nha/cs). Penyebaran seragam dapat terlihat melalui matriks kitosan yang telah saling berhubungan antar sel. Permukaan halus pada kitosan berangsur-angsur mulai terganggu dengan bergabungnya nanopartikel hidroksiapatit (nha) sehingga menghasilkan permukaan yang lebih kasar dari sebelumnya. Analisis morfologi ini memberikan gambaran bahwa nanopartikel hidroksiapatit (nha) telah tumbuh dengan baik dalam matriks kitosan (Yildirim, 24). Morfologi dalam sampel nanopartikel hidroksiapatit (nha) komposit terlihat membentuk bongkahan atau granula- granula, permukaan terlihat kasar dan diameter bongkahan yang terbentuk berukuran 3 µm. Observasi SEM dilakukan bersamaan dengan pengukuran EDAX. Rasio molaritas Ca/P dapat dilihat pada Tabel 4.5. Rasio Ca/P pada nha murni adalah 1.67. Rasio pada sampel uji relatif lebih kecil daripada rasio nhap murni. Hal ini dikarenakan kemungkinan hadirnya fasa CaHPO 4 pada karakterisasi XRD. Fasa CaHPO4 kemungkinan hadir dan menyebabkan perubahan rasio Ca/P dari [nha, Ca 1 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ]. Fasa CaHPO 4 terbentuk dari starting material CaO>55%. Selain itu hasil dari analisis FTIR, memperlihatkan munculnya gugusgugus fungsi yang mengalami tumpang tindih (overlapping) juga dimungkinkan mempengaruhi nilai rasio Ca/P.