Download - ZP 1 X 1210207047
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
1/20
ULASAN STRUKTUR KRISTALAnalisis Struktur Kristal dan Sifat Magnetik pada Nanopartikel Magnetit (Fe 3O 4)
sebagai Bahan Aktif Biosensor Surface Plasmon Resonace(SPR)
Struktur Kristal dan Pengaplikasian Struktur Kristal untuk Biosensor
Diajukan untuk memenuhi syarat matakuliah Fisika Zat Padat
Dosen Pengampu : Endah Kurnia Y, S.Si, M.PFis
Disusun Oleh:
Ichsan Muhammad Halim 1210207047
FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN PRODI FISIKA
UNIVERSITAS SUNAN GUNUNG DJATI
BANDUNG
2013
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
2/20
Kata Pengantar
Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Pemurah, karena
berkat kemurahanNya makalah ini dapat saya selesaikan sesuai yang diharapkan.
Dalam makalah ini kami membahas Ulasan Struktur Kristal .
Makalah ini dibuat dalam rangka memenuhi tugas Fisika Zat Padat yang
diberikan sebagai sarana mempermudah pemahaman tentang struktur kristal.
Saya pribadi menyadari bahwa masih banyak kesalahan yang ada dalam
penyusunan dan pembuatan makalah ini namun dalam hal ini saya sudah berusaha
memenuhi kewajiban mengerjakan tugas makalah ini. Sekian terima kasih.
Penyusun
17 September 2013
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
3/20
I
Daftar Isi
Kata Pengantar .................................................................................................................. 2
Daftar Isi ............................................................................................................................ 3
BAB I Pendahuluan .......................................................................................................... 1
A. Rumusan Masalah ................................................................................................... 1
B. Tujuan ..................................................................................................................... 1
BAB II Landasan Teori .................................................................................................... 1
A. Tipe-tipe lattice dasar .............................................................................................. 3
B. Volume sel primitive ............................................................................................... 6
C. Sistem Indeks (Indeks Miller) ................................................................................. 6
BAB III Pengaplikasian Struktur Kristal ....................................................................... 8
BAB IV Analisis Struktur Kristal dan Sifat Magnetik pada Nanopartikel Magnetit(Fe 3O 4) sebagai Bahan Aktif Biosensor Surface Plasmon Resonace(SPR) ................ 10
BAB IV Penutup .............................................................................................................. 14
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 15
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
4/20
1
BAB I Pendahuluan
Kristal adalah suatu padatan yang atom, molekul, atau ion
penyusunnya terkemas secara teratur dan polanya berulang melebar secara
tiga dimensi. Secara umum, zat cair membentuk kristal ketika mengalami proses
pemadatan. Pada kondisi ideal, hasilnya bisa berupa kristal tunggal, yang semua
atom-atom dalam padatannya "terpasang" pada kisi atau struktur kristal yang
sama, tapi, secara umum, kebanyakan kristal terbentuk secara simultan
sehingga menghasilkan padatan polikristalin. Misalnya, kebanyakan logam yang
kita temui sehari-hari merupakan polikristal. Struktur kristal mana yang akan
terbentuk dari suatu cairan tergantung pada kimia cairannya sendiri, kondisi
ketika terjadi pemadatan, dan tekanan ambien. Proses terbentuknya struktur
kristalin dikenal sebagai kristalisasi. Struktur kristal terjadi pada semua kelas
material, dengan semua jenis ikatan kimia. Hampir semua ikatan logam ada pada
keadaan polikristalin; logam amorf atau kristal tunggal harus diproduksi secara
sintetis, dengan kesulitan besar. Kristal ikatan ion dapat terbentuk saat pemadatan
garam, baik dari lelehan cairan maupun kondensasi larutan.
Struktur kristal dipelajari untuk mengetahui seberapa besarnya kegunaan
suatu kristal tersebut untuk kehidupan sehari-hari, contohnya teori ini bermanfaatuntuk bidang biosensor.
A. Rumusan Masalah Apa itu kristal? Bagaimana pola struktur dan jenis karakteristik struktur kristal? Bagaimana pengaplikasian struktur kristal?
Bagaimana hasil analisis struktur kristal dan sifat magnetik pada nanopartikelmagnetit (Fe3O4) sebagai bahan aktif biosensor surface plasmon Resonace(SPR)
Struktur Kristal dan Pengaplikasian Struktur Kristal untuk Biosensor
B. Tujuan Mengetahui apa itu kristal. Mengetahui pola struktur kristal dan jenis-jenis struktur kristal
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
5/20
2
Mengetahui pengaplikasian struktur kristal Mengetahui hasil analisis struktur kristal dan sifat magnetik pada nanopartikel
magnetit (Fe3O4) sebagai bahan aktif biosensor surface plasmon Resonace(SPR)
Struktur Kristal dan Pengaplikasian Struktur Kristal untuk Biosensor.
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
6/20
1
BAB II Landasan Teori
Kristal adalah suatu padatan yang atom, molekul, atau ion
penyusunnya terkemas secara teratur dan polanya berulang melebar secara
tiga dimensi. Secara umum, zat cair membentuk kristal ketika mengalami proses
pemadatan. Pada kondisi ideal, hasilnya bisa berupa kristal tunggal, yang semua
atom-atom dalam padatannya "terpasang" pada kisi atau struktur kristal yang
sama, tapi, secara umum, kebanyakan kristal terbentuk secara simultan
sehingga menghasilkan padatan polikristalin. Misalnya, kebanyakan logam yang
kita temui sehari-hari merupakan polikristal.
Sebuah kristal ideal disusun oleh satuan-satuan struktur yang identik
secara berulang-ulang yang tak hingga di dalam setiap ruangnya. Semua struktur
kristal dapat digambarkan atau dijelaskan dalam istilah-istilah lattice (kisi) dan
sebuah basis yang ditempelkan pada setiap titik lattice (kisi). Dengan lattice (kisi)
adalah sebuah susunan titik yang teratur dan periodik di dalam ruang sebuah
abstrak simatematik sedangkan basis adalah sekumpulan atom-atom dengan
jumlah atom dalam sebuah basis merupakan satu buah atom atau lebih. Gambaran
struktur Kristal dapat digambarkan sebagai berikut:
Dengan
Jarak antar kisi dalam arah sumbu 1
Jarak antar kisi dalam arah sumbu 2
Jarak dari titik yang satu ketitik yang lain boleh sama atau berbeda, jika sama
(dalam kisi dua dimensi) akan berbentuk bujur sangkar dan jika berbeda akan
berbentuk 4 persegi panjang. Contoh:
H2O= 1 basis (ada 3 atom)
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
7/20
2
H2SO 4= 1 basis (ada 7 atom)
Untuk Kristal monoatomik dalam 1 basis hanya 1 atom.
Sebuah operasi translasi kisi didefinisikan sebagai perpindahan dari sebuah kristal
oleh sebuah vector translasi kristal ( ).
Dimana:
u = bilangan bulat
= Vektor translasi primirtif (jarak antar titik kisi
Contoh:
Sel primitif merupakan sel satuan yang sisinya dibatasi oleh vector translasi
primitive yang memiliki volume terkecil, cara mementukan sel primitive (sumbu-
sumbu primitive /CP) yaitu sebagai berikut:
Cara lain untuk memilih sel perimitif yaitu dengan metode WignerSeitz.
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
8/20
3
1. Hubungkan sebuah titik lattice dengan titik lattice disekitarnya.
2. Pada tengah-tengah dan tegak lurus terhadap garis penghubung ini, lukislah
garis-garis atau bidang-bidang. Luas terkecil atau volumeter kecil yang
dilingkupi oleh garis-garis atau bidang-bidangini disebut dengan selprimitf
Wignerseitz.
Contoh:
A. Tipe-tipe lattice dasar
a. Lattice (kisi) dua dimensi memiliki lima (5) jenis, yaitu
1. Kisi miring
2.
Kisi bujursangkar3. Kisi heksagonal
4. Kisi segi panjang
5. Kisi segi panjang berpusat
Dimana jenis kisi no 1 merupakan jenis kisi umum dan jenis yang lainnya
merupakan jenis khusus, contoh:
Kisi bujur sangkar
| | | | Cel konvensional = 4 x = 1 buah
Cel primitive = x 4 = 1 buah
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
9/20
4
Kisi Heksagonal
| | | | Cel konvensional = (4 x ) + 1 = 2 buah
Cel primitive = x 4 = 1 buah
b. Lattice Tiga dimensi
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
10/20
5
Dengan jumlah kisi triklinik=1, monoklinik=4, ortorombik=4,
tetragonal=2, kubus=3, trogonal=1 dan heksagonal=1
Contoh kristal 3 dimanesi:
Kubus
Sel primitive = sel konvensional
Jumlah titik lattice = 8 x 1/8 = 1 buah
Kubus Pusat Badan
Sel primitive sel konvensional
Jumlah titik lattice:
Sel primitive = 8 x 1/8 = 1 buah
Sel konvensional = (8 x 1/8) + 1 = 2 buah
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
11/20
6
B. Volume sel primitive
C. Sistem Indeks (Indeks Miller)
Digunakan unuk menyatakan bidang kristal (indeks bidang)
Aturan:
1.
Tentukan titik potong antara bidang yang bersangkutan dengan sumbu-sumbu / sumbu-sumbu primitf atau konvensional dalam satuan
konstanta lattice .
2. Tentukan kebalikan (reciprok) dari bilangan-bilangan tadi, dan kemudian
tentukan tiga bilangan bulat (terkecil) yang mempunyai perbandingan
yang sama. Indeks(hkl).
Contoh:
Bidang ABC memotong sumbu-sumbu:
di 2 ; di 2 ; di 3 kebalikannya adalah
Jika ketiga bilangan bulat yang mempunyai perbandingan yang sama
seperti di atas adalah 3, 3, 2 dengan demikian indeks bidang ABC tersebut
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
12/20
7
adalah (3 3 2). Perhatikan bahwa dalam penulisan indeks kita tidak
menggunakan tanda koma.
Misal:
Jikasalahsatudari h k l negatif, makaindeksbidangtersebut ditulis( k l),
artinya h bertanda negatif. Untuk Sel kubus, jarak antar bidang h k l dapat
ditulis sebagai berikut:
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
13/20
8
BAB III Pengaplikasian Struktur Kristal
Pengaplikasian struktur kristal lebih sering digunakan untuk bidang
kesehatan dan pemeliharaan lingkungan separti yang sering digunakan oleh
biosensor. Biosensor sendiri didefinisikan sebagai suatu perangkat sensor
yang menggabungkan senyawa biologi dengan suatu tranduser. Dalam proses
kerjanya senyawa aktif biologi akan berinteraksi dengan molekul yang akan
dideteksi yang disebut molekul sasaran. Hasil interaksi yang berupa besaran fisik
seperti panas, arus listrik, potensial listrik atau lainnya akan dimonitor oleh
transduser. Besaran tersebut kemudian diproses sebagai sinyal sehingga diperoleh
hasil yang dapat dimengerti. Biosensor yang pertama kali dibuat adalah sensor
yang menggunakan transduser elektrokimia yaitu elektroda enzim untuk
menentukan kadar glukosa dengan metode amperometri. Aplikasi biosensor
pada dasarnya meningkat seiring dengan berkembangnya keperluan manusia dan
kemajuan iptek. Tetapi secara umum tetap didominasi untuk aplikasi dibidang
medis dan lingkungan hidup. Beberapa bidang aplikasi lainnya dapat dilihat
pada tabel berikut :
NO Bidang Keahlian Kegunaan Biosensor
1. Medis dan Farmasi
Mengontrol penyakit : diabetes, kolesterol, jantung dll Diagnosis untuk : obat, metabolit, enzim, vitamin Penyakit infeksi, alergi. Studi efisiensi obat
2. Lingkungan Hidup
Kontrol polusi Monitoring senyawa-senyawa toksik di udara, air,
dan tanah.
Penentuan BOD (biological oxygen demand)
3. Kimia
Mengontrol kualitas makanan (mendeteksi
kontaminasi mikroba, menentukan kesegaran, analisis
lemak, protein dan karbohidrat dalam makanan.
Mendeteksi kebocoran, menentukan lokasi deposit
minyak.
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
14/20
9
NO Bidang Keahlian Kegunaan Biosensor
Mengecek kualitas udara di ruangan. Penentuan parameter kualitas pada susu
4. Pertanian
Mengontrol kualitas tanah. Penentuan degradasi seperti biodegradable pada kayu
dan makanan.
Mendeteksi keberadaan pestisida
5. Militer
Mendeteksi zat-zat kimia dan biologi yang digunakan
sebagai senjata perang (senjata kimia/biologi) seperti virus,
bakteri patogen, dan gas urat syaraf.
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
15/20
10
BAB IV
Analisis Struktur Kristal dan Sifat Magnetik pada Nanopartikel Magnetit (Fe 3O 4)
sebagai Bahan Aktif Biosensor Surface Plasmon Resonace(SPR)
Struktur Kristal dan Pengaplikasian Struktur Kristal untuk Biosensor Nanopartikel magnetit memiliki potensi yang besar untuk dimanfaatkan
pada bidang biosensor yang berperan sebagai bahan aktif yang dapat
mengimmobilisasi analit pada permukaan sensing sehingga dapat meningkatkan
kinerja biosensor tersebut. Dalam aplikasi biosensor, sifat magnetik dan ukuran
butir serta tingkat dispersibilitas dan kereaktifan pada analit (biomolekul)
merupakan hal yang sangat penting untuk diperhatikan. Sehingga untuk dapat
memanfaatkan nanopartikel magnetit dalam aplikasi biosensor membutuhkananalisis yang cukup matang mengenai watak nanopartikel magnetit.
Sintesis nanopartikel Fe 3O4dilakukan dengan metode kopresipitasi yaitu
dengan melarutkan 4,170 g FeSO 4.7H 2O dan 8,109 g FeC l3.6H 2O ke dalam 30 ml
aquades. Kedalam larutan tersebut ditambahkan 60 ml NH 4OH dan selanjutnya
disentrifugasi menggunakan magnetic stirrer. Proses sintesis dilanjutkan dengan
mekanisme dekantasi hingga diperoleh endapan nanopartikel magnetit. Endapan
yang diperoleh dicuci hingga didapatkan Fe 3O4 yang lebih murni. Sampel
Fe3O4selanjutnya dikalsinasi pada suhu 800C hingga diperoleh sampel
Fe3O4kering. Analisis struktur kristal dan ukuran butir dilakukan dengan
menggunakan X- Ray Diffractometer/XRD (=1,54060) dan Transmition
Electron Microscopy (TEM). Sedangkan, untuk mengkaji potensi sampel dalam
mengikat target biomolekul maka sampel dalam fasa ferrofluidselanjutnya
difungsionalisasi dengan bahan PEG-4000 dan kemudian direaksikan dengan
bahan biomolekul (-amylase) dan selanjutnya dilakukan pengamatan visual
dengan menggunakan mikroskop.
Secara umum proses sintesis yang dilakukan berhasil mendapatkan
nanopartikel magnetit dengan diameter butir dalam orde di bawah 20 nm.
Morfologi nanopartikel magnetit hasil sintesis ditunjukkan pada gambar berikut:
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
16/20
11
Sementara itu, pola difraksi XRD sampel magnetit hasil sintesis dengan
variasi ukuran butir menghasilkan beberapa pola yang sama diantara setiap
sempelnya seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
Hal tersebut terbukti dari kemunculan puncak puncak difraksi dengan
indeks Miller (220), (311), (400), (440), (511) yang merupakan indeks khasstruktur kubik spinel dari bahan Fe3O4[3,4,5,6]. Sedangkan, puncak difraksi
dengan tanda (*) merupakan puncak khas dari bahan -Fe 2O3(hematit) [7].
Kemunculan -Fe2O3pada keempat jenis sampel mengindikasikan bahwa pada
proses sintesis yang dilakukan juga terjadi proses oksidasi Fe 3O4oleh oksigen
menurut persamaan reaksi:
2Fe 3O4+ O 2 3(-Fe 2O3)
Sifat magnetik nanopartikel magnetit hasil sintesis digambarkan dengankurva magnetisasi pada gambar berikut.
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
17/20
12
Dari gambar di atas nampak jelas terdapat perbedaan sifat magnetik
seiring dengan peningkatan ukuran butir partikel. Teridentifikasi bahwa
nanopartikel magnetit dengan ukuran butir paling kecil memiliki kurva
magnetisasi berbentuk huruf S hampir tegak (sampel 13.21 nm), sementara itusampel dengan ukuran butir yang lebih besar miliki kurva magnetisasi berbetuk S
landai yang membentukloophisterisis. Informasi visual ini memberikan makna
bahwa nanopartikel dengan ukuran butir yang lebih kecil memiliki respon
magnetik yang lebih tinggi dibandingkan dengan sampel nanopartikel dengan
ukuran butir yang lebih besar. Hal tersebut disebabkan semakin kecil ukuran butir
partikel magnetit maka momen magnetik pada nanopartikel magnetit cenderung
lebih tidak stabil.Dari sudut pandang aplikasi biosensor, partikel dengan ukuran butir yang
lebih kecil memiliki potensi dispersibilatas yang besar. Disamping nanopartikel
magnetit dengan ukuran butir terkecil memiliki respon magnetik yang lebih kuat
dibandingkan nanopartikel.
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
18/20
13
(a) Morfologi nanopartikel magnetit sebelum dimodifikasi, (b) setelah
dimodifikasi, (c) setelah direaksikan dengan biomolekul (-amylase)
Gambar di atas menampilkan pengamatan fisis morfologi nanopartikel
magnetit pada saat belum difungsionalisasi, setelah difungsionalisasi, dan setelah
direaksikan dengan dengan biomolekul ( -amylase). Tampak pada gambar (a)
bahwa morfologi nanopartikel magnetit cenderung teraglomerasi. Fungsionalisasi
nanopartikel dengan bahan PEG-4000 ternyata meningkatkan dispersibilitas
sampel seperti diperlihatkan pada gambar (b). Sifat ini merupakan sifat yang
diharapkan dalam pemanfaatan nanopartikel sebagai agen reaktif pengikat
biomolekul untuk meningkatkan akumulasi biomolekul target pada permukaan
biosensor SPR. Penampakan visual ini memberikan gambaran bahwa atom Fe
pada permukaan nanopartikel magnetit yang sebelumnya berikatan dengan OH
(gugus hidroksil) dari air merubah menjadi berikatan dengan PEG. Nanopartikelyang telah termodifikasi permukaannya ini memiliki tingkat kereaktifan yang
cukup tinggi pada biomolekul. Kereaktifan nanopartikel magnetit terhadap
biomolekul target ditunjukkan pada gambar (c). Kombinasi respon magnetik yang
tinggi serta kereaktifan nanopartikel terhadap biomolekul yang ditunjukkan pada
gambar (c) tentu memberikan peluang bagi peningkatan kinerja biosensor SPR.
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
19/20
14
BAB IV Penutup
Kristal adalah suatu padatan yang atom, molekul, atau ion
penyusunnya terkemas secara teratur dan polanya berulang melebar secara
tiga dimensi. Secara umum, zat cair membentuk kristal ketika mengalami proses
pemadatan.
Tipe-tipe lattice dasar kristal terbagi menjadi du yaitu dua dimensi dan tiga
dimensi dimana Lattice (kisi) dua dimensi memiliki lima (5) jenis, yaitu: Kisi
miring; kisi bujursangkar; kisi heksagonal; kisi segi panjang; kisi segi panjang
berpusat. Sedangkan lattice tiga dimensi terdiri dari 7 jenis yaitu triklini,
monoklinik, ortorombik, tetragonal, kubus, trogonal dan heksagonal.
Pengaplikasian struktur kristal lebih sering digunakan untuk bidang
kesehatan dan pemeliharaan lingkungan separti yang sering digunakan oleh
biosensor, akan tetapi pengaplikasiannya tidak selalu digunakan untuk kesehatan
akan tetapi juga sering digunakan pada bidang kimia, pertanian dan militer.
Nanopartikel magnetit dengan ukuran butir lebih kecil memiliki potensi
yang sangat besar untuk dimanfaatkan dalam aplikasi biosensor SPR karena
memiliki respon magnetik yang tinggi serta berpotensi memiliki tingkat
dispersibilitas yang tinggi. Namun, hal yang perlu diperhatikan dalam prosessintesis nanopartikel magnetit ialah menekan laju reaksi pembentukan hematit
sehingga nanopartikel yang dihasikan memiliki respon magnetik yang lebih besar.
-
7/22/2019 ZP 1 X 1210207047
20/20
15
DAFTAR PUSTAKA
S, Sudaryatno. Utari, Ning. Mengenal Sifat-sifat Material. Tersedia:
http://industri.ums.ac.id/sites/default/files/materi/BAB%207%20b5
%20Struktur%20Kristal%20dan%20Nonkristal.pdf. (16 September
2013).
Anonimous. Struktur Krisatal . Tersedia:
http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/19681
0151994031-
DADI_RUSDIANA/Struktur_Kristal_%5BCompatibility_Mode%
5D.pdf. (16 September 2013).
Riyanto, Agus. Listiawati, Desi. Suharyadi, Edi. Abraha, Kamsul. 2012. Analisis
Struktur Kristal dan Sifat Magnetikpada Nanopartikel Magnetit
(Fe3O4) sebagai Bahan Aktif Biosensor Surface Plasmon
Resonace(SPR) . Yogyakarta: UGM Tersedia: http://hfi-
diyjateng.or.id/sites/default/files/1/FULL-
ANALISIS%20STRUKTUR%20KRISTAL%20DAN%20SIFAT
%20MAGNETIK%20PADA%20NANOPARTIKEL%20%20MA
GNETIT%20(Fe3O4)%20SEBAGAI%20BAHAN%20AKTIF%20BIOSENSOR%20SURFACE%20PLASMON%20RESONACE%2
0(SPR).pdf. (16 September 2013).