50 40 - unair repositoryrepository.unair.ac.id/25589/16/16. bab 4.pdf · yang dilengkapi dengan...

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.

Gambar 4.1 Pola FTIR Sampel Uji B1 nHA (10%) + CS (90%)

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.00.0

10

20

30

40

50

60

70

80.0

cm-1

%T

3435,16

1634,241539,27

1414,27

1132,191062,16

902,24563,22

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

Skripsi SINTESIS DAN KARAKTERISASI MIKROSKOPIK NANO-KOMPOSIT HIDROKSIAPATIT/KITOSAN (n-HA/CS) UNTUK APLIKASI JARINGAN TULANG

RA Irindah Fajar Sari

42



4000.0 3000 2000 1500 1000 450.00.0

10

20

30

40

50

60

70

80.0

cm-1

%T

3444,512923,54

1651,521544,54 1383,54

1063,48563,50

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.00.0

10

20

30

40

50

60

70

80.0

cm-1

%T

3462,5 1638,13

1383,181308,18

1031,9

602,16563,14




43



4000.0 3000 2000 1500 1000 450.0-10.0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3568,35

3419,34

2926,402368,432341,44

1993,44

1704,391650,35

1508,361423,33

1031,6

961,22602,16

564,12

472,36

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.0-10.0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100.0

cm-1

%T

3571,143435,13

1705,371650,32

1559,371508,36

1458,331419,32

1384,35

1091,21031,0

962,25

877,44

631,18

603,7564,4

472,44




44


Gambar 4.7 Pola FTIR dari (a) nHA, (b) Chitosan from Shrimp Shells, (c) CS,

(d) nHA/CS nanocomposite

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.00.0

10

20

30

40

50

60

70

80.0

cm-1

%T

3472,23

1644,38

1455,441417,43

1384,45

1092,18

1032,14

962,42

877,53

631,36

603,27

564,24

473,51

4000.0 3000 2000 1500 1000 450.0cm-1

%T

3418,4

1639,111382,16

1151,11

1073,11

998,10

502,18

3472,23

1644,381455,44

1417,43

1032,14

962,42631,36

603,27564,24

473,51

3573,71

3435,67

2922,73 1652,741428,77

1379,771324,78

1258,791157,75

1072,74

600,77

3790,813571,74

3434,73

1653,791563,82

1504,811420,80

1093,37

1033,19

962,76

876,84837,84

629,70

603,56

564,50

474,83(a)

(b)

(c)

(d)




46

Berdasarkan Tabel 4.1 gugus fungsi yang teridentifikasi pada sampel

kontrol A1 (serbuk nanopartikel hidroksiapatit) diantaranya adalah gugus fosfat

(PO4), gugus karbonat (CO3) dan gugus hidroksil (OH). Gugus fungsi karbonat

(CO3) yaitu gugus NO2 (ν2) pada bilangan gelombang 1563 cm-1 serta gugus CH3

(ν3) pada 1420 cm-1. Sampel kontrol A2 (serbuk Chitosan from Shrimp Shells) dan

sampel kontrol A3 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 B1 sampai B6 menunjukkan

adanya tumpang tindih (overlapping) dibeberapa bilangan gelombang. Spektrum

IR pada keenam sampel uji tersebut menunjukkan adanya pita absorbsi fosfat, pita

absorbsi karbonat v2 dan v3, 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 B1 sampai B3 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 B1 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 A3 (kitosan/CS). Sampel uji B2 memilki




47

gugus fungsi OH pada bilangan gelombang 3444 cm-1 yang bertumpukan dengan

gugus fungsi N-H milik kitosan. Spektra FTIR sampel uji B2 tidak terlihat lebih

lebar, gugus PO4 stretching pada bilangan gelombang 1063 cm-1 dan PO4 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 B3 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 PO4 stretching

pada bilangan gelombang 1031 cm-1 dan PO4 bending pada 602-563 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 B4 sampai B6

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 B4 sampai B6 berbeda dengan

spektra FTIR pada sampel uji B1 sampai B3. Spektra FTIR pada sampel uji B4

sampai B6 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.




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, 2008). 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 :

Gambar 4.8 Kurva Search Match Terhadap Puncak-puncak Sampel Uji B1

2 theta / deg

I/ rel.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

3098

1549

0

CaHPO4 69.6%

001

-101

0-11

1-10

-1-11

-111

1-11111

002

-201

020

0-12

-1-12

210

120

-1-21

012

102

-202

1-21

-2-12

211

0-22

-2-21

-103

022 2-21

-113

-3-12

212

0-32

3-11

311

320

230 -123

032

-1-14

-313

-4-11

132

-1-41

-214

-331

-403

141

240

-422

-224

133

-1-15

-2-43

2-42

-115

-414

-134

323

501

520

250

134

-504

-152

-343

-2-16

432

512

-135

-6-13

-1-61

hydroxyapatite 30.4%

100

Sampel 1b.raw

DIFF




49



2 theta / deg

I/ rel.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

3166

1583

0

CaHPO4 43.2%

001

-101

0-11

1-10

-1-11

-111

1-11

111

002

020

0-12

210

120

-1-21

012 102

-202

1-21

-2-12

211

0-22

-2-21

-103

022

0-31

-113

-3-12

212

0-32

311

230

-123

032-322

302

3-12

410

-412

330

401

-4-13

4-20

-2-42

-241

042

0-43

2044-12

3-23

-3-34

-4-33

3-41

-234

422

-1-35

-424

2-51

0-53

314

-4-43

-206

4-41

-611

-434

610


100

121

202

222

123

Sampel 2a.raw

DIFF

2 theta / deg

I/ rel.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

2933

1467

0

CaHPO4 20.9%

001

-101

0-11

110

-1-11

-111

1-11

111

002

020

0-12

210

120

012102

1-12

121

-212

220

-221

1-22

2-21

-1-31

-3-12

212

0-32

311

230

-123

032 -322

203

3-12

410

014

330

-141

-421

232

1-24

-224

133

-1-15

-2-43

005

-115

-414

-432

323

501

520

-2-52

304

-504

052

-2-53

333

1-35

3-50

-612

-235

035


100

211

112

202

222

132

213

Sampel 3a.raw

DIFF




50



2 theta / deg

I/ rel.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

2758

1379

0

CaHPO4 3.7%

001

-101

0-11

1-10

-1-11

-111

1-11

111

-201

0-12

2-10

012

102

1-12

121

-212

2-20

-301

1-22

2-21

-302

-3-12

103

0-32

311

2-30

1-32

032

-313

-4-11

040

-1-41

2-32

-2-24

-323

-133

232

1-24

-224

133

-1-15

-205

-423

1-34

-215

015

-5-22

501

5-20

2-50

3-42

-405

052

-3-35

-1-16

5-12

-6-12

-612

-235

0-54


100

002

210

211

112

202

310

222

132

213

231

303

Sampel 5b.raw

DIFF

2 theta / deg

I/ rel.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

2901

1451

0

CaHPO4 13.7%

001

-101

0-11

110

-1-11

-111

1-11

111 -201

0-12

210

120

012

102

1-12

121

-212

220

-301

1-22

-311

130

122

301

0-32

311

230

-123

032-1-14

203

-411

410

1-40

0-24

-1-42

-4-13

232

223

-224

133

-1-15

-205

-423

430

510

0-25

-5-22

-521

0-44

1-52

143

-4-15

1-44

-441

-415

1-53

243

215

3-43

610


100

002

211

112

202

310

222

132

213

Sampel 4b.raw

DIFF




51


Identifikasi Gambar 4.7 memperlihatkan pola XRD sampel uji B1

nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nHA/CS) yang menunjukkan puncak

tertinggi dimiliki oleh CaHPO4 (Kalsium Hidro-fosfat) yakni pada sudut 2θ =

30.120 . Mayoritas puncak yang teridentifikasi dari sampel uji B1 adalah milik

CaHPO4, meskipun mineral apatit (nanopartikel hidroksiapatit) masih muncul

pada puncak-puncak tertentu. Calculated pattern pada sampel uji B1, CaHPO4

sebesar 69,6% dan hydroxyapatite sebesar 30,4%. Kemungkinan terbentuknya

senyawa CaHPO4 disebabkan ketidaksetabilan stoikiometri dalam senyawa

nanopartikel hidroksiapatit [nHA, Ca10(PO4)6(OH)2] menyebabkan rasio molar

Ca/P>1,67 yang membentuk CaO. Kandungan CaO diatas 55% akan membentuk

kalsium hidro-fosfat (CaHPO4).

Identifikasi Sampel B2 puncak tertinggi pada sudut 2θ = 31.840

(Gambar 4.8), B3 pada sudut 2θ = 31.760 (Gambar 4.9), B4 pada sudut 2θ =

31.820 (Gambar 4.10), B5 pada sudut 2θ = 31.800 (Gambar 4.11) dan sampel uji

2 theta / deg

I/ rel.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

2627

1314

0

hydroxyapatite

100

101

110 2

00

111

201

002

102

211

112

202

301

220

310

221

311

113

203401

222

132

213

231

303141

104 223

133

142240

124 502

233

332

143

314512

503205

251

602

342

305

225

440

334

405

620116

702

Sampel 6b.raw

DIFF




52

B6 puncak tertinggi pada sudut 2θ = 31.760 (Gambar 4.12). Puncak-puncak

tertinggi yang diperlihatkan pola XRD pada sampel uji B2 sampai B5

nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nHA/CS) dimiliki oleh nanopartikel

hidroksiapatit (nHA). Pola XRD sampel uji B2 sampai B5 memperlihatkan masih

muncul puncak milik CaHPO4 di beberapa sudut, namun intensitasnya lebih

rendah dibandingkan puncak yang dimiliki nHA dan terjadi penurunan nilai

calculated pattern CaHPO4 pada setiap kenaikan variasi komposit. Pada sampel

uji B6 fasa CaHPO4 tidak teridentifikasi, puncak-puncak hanya dimiliki oleh nHA

(Gambar 4.13).

Munculnya fasa CaHPO4 diprediksi menyebabkan ketidaksetabilan

[nHA, Ca10(PO4)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 B1

sampai B6 disajikan dalam Tabel 4.4.

Tabel 4.2 Parameter Kisi Sampel

Kode Sampel

Parameter Kisi a,b (Å) Accuracy c (Å) Accuracy

B1 9.4032 96,872 6.8817 99,851 B2 9.4004 97,936 6.8904 99,951 B3 9.3920 98,938 6.8785 99,428 B4 9.3798 97,646 6.8743 99,105 B5 9.3908 98,988 6.8808 98,955 B6 9.3942 98,311 6.8826 99,526




53

Tabel 4.3 Ukuran Kristal Sampel

Kode Sampel D002 (nm)

B1 21,0 B2 22.0 B3 17,0 B4 17,0 B5 18,0 B6 20,0

Tabel 4.4 Derajat Kristalinitas Sampel

Kode Sampel Derajat Kristalinitas (%)

B1 34 B2 19 B3 30 B4 31 B5 31 B6 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 CaHPO4, nHA masih dalam fase

kristal stabil didalam sintesis nanokomposit hidroksiapatit/ kitosan (nHA/CS),

yaitu [nHA, Ca10(PO4)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 17,0-22,0 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 B2 dan B6

nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nHA/CS). Berikut hasil dari karakterisasi

SEM pada sampel B2 dan B6 (Gambar 4.14 dan Gambar 4.15) dengan perbesaran

5.000x, 10.000x, 30.000x 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 B2; (a) Perbesaran 5.000x; (b) 10.000x dan (c) 30.000x.

(a) (b) (c)

Gambar 4.15 Struktur Morfologi SEM Sampel Uji B6; (a) Perbesaran 5.000x; (b) 10.000x dan (c) 30.000x.




56

(a)

(b)

Gambar 4.16 Microanalysis Report dari EDAX; (a) Sampel Uji B2, (b) Sampel Uji B6.

Tabel 4.5 Rasio Molaritas Ca/P

Kode Sampel Ca/P

B2 1,56

B6 1,51

Element Wt% At%

OK 44.49 56.39 PK 14.67 09.60

CaK 29.55 14.95 Matrix Correction ZAF

Element Wt% At%

OK 48.38 68.11 PK 17.46 12.70

CaK 34.16 19.19 Matrix Correction ZAF




57

Analisis morfologi perrmukaan SEM pada sampel B2 dan B6

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, 2004). 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 CaHPO4 pada karakterisasi XRD.

Fasa CaHPO4 kemungkinan hadir dan menyebabkan perubahan rasio Ca/P dari

[nHA, Ca10(PO4)6(OH)2]. Fasa CaHPO4 terbentuk dari starting material

CaO>55%. Selain itu hasil dari analisis FTIR, memperlihatkan munculnya gugus-

gugus fungsi yang mengalami tumpang tindih (overlapping) juga dimungkinkan

mempengaruhi nilai rasio Ca/P.




50 40 - unair repositoryrepository.unair.ac.id/25589/16/16. bab 4.pdf · yang dilengkapi dengan...

Documents