ANALISIS DAN PEMBAHASAN.

Pada tahap ini akan disajikan analisis hidroksiapatit dari cangkang telur ayam.

Penelitian ini dibagi menjadi 3 tahapan yaitu tahap preparasi dan kalsinasi cangkang telur

ayam, tahap sintesis HAp, dan tahap karakterisasi HAp. Karakterisasi hidroksiapatit meliputi

gugus fungsional, fase, dan kristalinitas menggunakan FT-IR dan XRD.

A. Preparasi dan Kalsinasi Cangkang Telur Ayam

Prekursor kalsium yang digunakan pada sintesis HAp adalah cangkang telur ayam.

Cangkang telur dipilih sebagai prekursor karena melimpah dan memiliki kandungan

kalsium yang tinggi (Amrina, 2008). Menurut Jasinda (2013), cangkang telur terdiri dari

kalsium karbonat (CaCO3), kalsium fosfat (CaPO4), magnesium karbonat (MgCO3), dan

magnesium fosfat (MgPO4). Kandungan kalsium pada CaCO3 ini dapat dimanfaatkan

sebagai sumber kalsium pada sintesis hidroksiapatit.

Cangkang telur ayam dicuci untuk menghilangkan kotoran makro, bau, dan lendirnya.

Membran cangkang telur ayam mengandung senyawa organik sehingga harus dipisahkan

agar tidak mengganggu proses sintesis hidroksipatit. Cangkang telur dihaluskan hingga

ukurannya 100 mesh karena proses kalsinasi berlangsung lebih efektif apabila material

berbentuk serbuk. Semua cangkang telur mengandung komponen mineral kalsium

karbonat (CaCO3) yang stabil pada suhu kamar. Kalsinasi cangkang telur perlu dilakukan

untuk menghasilkan kalsium oksida (CaO). Menurut Suzuki (2006), kalsinasi cangkang

pada suhu 600-700°C masih menyisakan kalsium karbonat. Menurut penelitian Sari

(2013), kalsinasi cangkang telur pada suhu 700oC hingga 850oC akan merubah CaCO3

menjadi CaO. Senyawa CaO ini stabil dari suhu 850oC hingga 1000oC. Oleh sebab itu

suhu 1000oC lebih dipilih, sehingga diharapkan pada suhu tersebut seluruh CaCO3 pada

cangkang telah berubah menjadi CaO. Pada proses kalsinasi, partikel akan diperkecil

hingga 150 mikron. Suhu kalsinasi yang semakin tinggi menyebabkan susunan atom pada

sampel semakin teratur sehingga semakin banyak kristal yang terbentuk (Amrina, 2008).

Menurut Gergely et al (2009), Pada tahap pertama kalsinasi (30 menit pertama proses

pembakaran) sebagian besar bahan organik terbakar. Pada tahap ke 2 (pada suhu 900oC

dengan waktu penahanan 3 jam) terbentuk kalsium oksida.

Reaksi kalsinasi:

CaCO3 CaO + CO2 H= 182.1 kJ mol-1 (Stanmore, 2005).

Pada proses kalsinasi, kalsium karbonat diubah menjadi kalsium oksida dengan

melepasakan karbon dioksida. Sampel cangkang telur sebanyak 10 gram, setelah kalsinasi

massanya menjadi 5,33 gram. Efesiensi yang dihasilkan sebesar 53,28%. Pada proses

kalsinasi terjadi pengurangan massa antara serbuk cangkang telur sebelum kalsinasi dan

setelah kalsinasi, hal ini disebabkan pada proses kalsinasi terjadi pelepasan senyawa

organik dan gas karbon dioksida.

B. Sintesis Hidroksiapatit

Sintesis HAp pada penelitian ini menggunakan metode pengendapan basah dengan

teknik wishdrop. Teknik wishdrop merupakan teknik untuk mereaksikan asam (asam

fosfat) kepada basa (Ca(OH)2) secara setetes demi setetes. Asam fosfat yang ditambahkan

setetes demi setetes lebih baik daripada secara langsung karena tidak menyebabkan pH

turun secara drastis. Laju penambahan asam ortofosfat sangat terkait dengan pH yang

diperoleh pada akhir sintesis dan stabilisasi suspensi. Penurunan pH dibawah 7 akan

menyebabkan asam fosfat terdisosiasi tidak sempurna sehingga menghasilkan β–

Ca3(PO4)2 dan CaO (Angelescu et al, 2011). Penambahan asam fosfat secara langsung

pada larutan kalsium akan berpengaruh pada kehomogenan pada produk akhir. Sedangkan,

larutan yang ditambahkan secara perlahan akan meningkatkan homogenitas larutan

(Agrawal et al, 2011).

Temperatur sintesis dipilih pada suhu 60oC untuk memaksimalkan kristal yang

terbentuk dan menghindari terbentuknya monokristalin yang disintesis pada suhu dibawah

60oC (Suryadi, 2011). Penambahan asam fosfat pada saat sintesis akan membuat campuran

bersifat asam sehingga perlu penambahan basa agar pH menjadi 10 menggunakan larutan

NaOH. Konsentrasi 1 M pada NaOH bertujuan agar HAp yang dihasilkan tidak memiliki

sifat toksik dan tidak terjadi kenaikan pH secara drastis.

Suspensi didiamkan (aging) pada suhu kamar untuk memaksimalkan proses

kristalisasi. Endapan dicuci menggunakan aquademin untuk menghilangkan pengotor

seperti ion Na+ pada NaOH. Menurut Pinangsih (2014), HAp perlu dikeringkan dengan

oven untuk mengoptimalkan proses kalsinasi dan mempermudah pemindahan sampel dari

kertas saring ke dalam cawan porselin. Pengeringan menggunakan suhu 110oC dilakukan

untuk menghilangkan air. Penambahan HNO3 dengan konsentrasi 6 M, 9 M, dan 12 M

HNO3 berfungsi menguraikan kalsium karbonat yang masih belum terurai pada proses

kalsinasi cangkang. Penguraian kalsium karbonat perlu dilakukan agar tidak menghambat

sintesis HAp. Asam nitrat akan bereaksi dengan kalsium karbonat membentuk Ca(NO3)2,

karbon dioksida, dan air. Hidroksiapatit dengan penambahan HNO3 6 M, 9 M, dan 12 M

memiliki kode sampel berturut-turut HAp-6, HAp-9, dan HAp-12.

Reaksi:

CaCO3 + 2HNO3 Ca(NO3)2 + CO2 + H2O

Hidroksiapatit diharapkan memiliki densitas tinggi dan stabil sehingga perlu

dilakukan sintering sampai suhu tertentu. Suhu saat sintering merupakan faktor yang dapat

memengaruhi dekomposisi karena secara aktif permukaan HAp dapat berinteraksi dengan

lingkungan di sekitarnya pada suhu tertentu. Menurut penelitian Suryadi (2011), proses

sintering pada suhu 900oC merupakan suhu optimum terbentuknya HAp. Selama proses

sintering terjadi pengurangan ukuran pori-pori disertai penumbuhan butir, sehingga terjadi

ikatan yang kuat antara masing-masing butir. Sintering dilakukan di bawah titik leleh HAp

sehingga hanya terbentuk padatan hidroksipatit.

Reaksi ionisasi asam fosfat:

H3PO4 → H+ + H2PO4−

H2PO4− → H+ + HPO4

2−

HPO42− → H+ + PO4

3−

Reaksi Pembentukan HAp:

10 Ca2+ +6PO43- + 2OH- → Ca10(PO4)6(OH)2

Reaksi lengkap:

10 Ca(OH)2 + 6H3PO4 → Ca10(PO4)6(OH)2 + 18H2O

Tabel 1. Efesiensi Hidroksiapatit yang terbentuk dari CaO dan H3PO4.

Kode Sampel

Massa CaO (gram)

Massa H3PO4

(gram)Massa HAp

(gram)Efesiensi

(%)

HAp-6 3,70 3,67 4,63 62,79

HAp-9 3,70 3,67 4,75 64,40

HAp-12 3,70 3,67 4,74 64,27

Berdasarkan persamaan kimia, setiap pembentukan 1 molekul Ca10(PO4)6(OH)2 akan

menghasilkan 18 molekul air. Besarnya air yang dihasilkan pada produk membuat

efesiensi hidroksiapatit hanya mencapai 62.79 hingga 64,40%.

Analisis Gugus Fungsional

Serbuk HAp dari cangkang telur ayam dan HAp-medis dikarakterisasi menggunakan

FT-IR. FT-IR berfungsi untuk mengidentifikasi gugus fungsional pada molekul. Sampel

dicampur menggunakan KBr sebagai media. HAp pada sampel, dapat terdeteksi dengan

adanya pita serapan gugus O-H dan PO4.

Wavenumber (cm-1)

Gambar 1. Gugus fungsional hidroksiapatit dari cangkang telur ayam dengan HNO3 6M (1),

9M (2), 12 M (3), dan HAp-medis (4).

Tabel 2. Spektrum Hasil FT-IR dari sampel hidroksiapatit medis dan hidroksiapatit dari

cangkang

Gugus Bilangan gelombang (cm-1)

HAp-Medis HAp- 6 HAp- 9 HAp- 12

O-H3572,72632,30

3572,76 632,01

3572,56631,77

3572,83631,95

PO4

962,64 963,21 963,56 1045,50414,69 435,01 475,02 475,38

1089,841050,33

1093,501052,00

1091,111045,50

1091,361050,50

571,18602,51

571,40602,76

571,12602,42

571,09602,51

CO3 1444,27 1457,96 1457,95 1457,83

H-O-H3435,831633,07

3452,142003,00

3436,782002,81

3435,782002,66

1

OH-

H2O CO32-

PO43-

PO43-

OH-

Tran

smit

tanc

ePO4

3-

2

3

4

Melalui pencocokan gugus hidroksiapatit medis, maka diketahui senyawa yang dominan

pada HAP-6, HAp-9, dan HAp-12 mirip dengan HAp. HAp cangkang maupun HAp medis

tidaklah murni karena diperkuat adanya gugus karbonat (CO32-) yang masuk ke dalam kisi

kristal dari HAp. Hasil spektrum HAp medis dengan HAp pada penelitian ini memang

berbeda, namun masih dalam nilai yang berdekatan. Pada HAP-medis menunjukkan adanya

gugus CO32-, PO4

3-, dan OH- pada HAp.

Pada HAp-medis bilangan gelombang 3572.72 cm-1 menunjukkan adanya vibrasi gugus

OH-. Pada HAp cangkang, gugus ini berada pada rentang 3572,76 hingga 3572,95 cm -1.

Sedangkan pada pita serapan HAp-medis pada bilangan gelombang 632,30 cm-1

menunjukkan gugus OH- yang terikat pada fase HAp. Gugus ini juga teridentifikasi pada

HAp-cangkang yaitu pada rentang 631,95 hingga 632,01 cm-1. Pita serapan gugus OH-

dengan rentang bilangan gelombang 3700−2500 cm-1 menunjukkan keberadaan H2O pada

kristal apatit yang terbentuk. Pada HAp-medis, juga menunjukkan adanya H-O-H pada

bilangan gelombang 3435,83 cm-1 dan 1633,07 cm-1. Hal serupa juga terdapat pada sampel

HAp cangkang ayam. Terdapat gugus yang mengindikasikan adanya H2O pada rentang

2425,78 hingga 3452,14 cm-1. Dalam kristal apatit, H2O dapat berada di permukaan atau di

dalam kristal. Air di permukaan kristal apatit akan hilang oleh pemanasan di bawah suhu

200°C, sedangkan H2O di dalam kristal akan hilang bila produk dipanaskan di atas suhu

200−800 °C (Soejoko dan Wahyuni dalam Sari 2013).

HAp-cangkang memiliki kadar H2O yang lebih besar daripada HAp-medis meskipun

perbedaannya tidak terlalu signifikan. Hal ini dimungkinkan karena teknik penyimpanan

sampel yang kurang baik yaitu tidak menyertakan silica gel pada waktu penyimpanannya

atau dapat terjadi karena HAp yang dihasilkan dari proses sintering menjadi lebih higroskopis

karena temperatur sintering yang tinggi. Hidroksiapatit yang telah disintering sebaiknya

disimpan dalam desikator dengan menyertakan silica gel agar kandungan H2O tidak ada pada

permukaan HAp.

Hasil analisis memperlihatkan bahwa ada gugus lain yang seharusnya tidak ada di dalam

hidroksiapatit murni pada HAp-medis maupun pada HAp-cangkang. Gugus senyawa tersebut

adalah karbonat (CO32-). Spektrum FT-IR menunjukan adanya karbonat 1444,27 pada HAp

medis. Kuantitas karbonat di dalam struktur apatit dapat diperkirakan dari intensitas pita-nya.

Intensitas pita karbonat yang tinggi menandakan terdapat sejumlah besar karbonat di dalam

struktur apatit. Intensitas pita HAp-12 memiliki gugus CO32- yang lebih besar dibandingkan

pada HAp-9 dan HAp-12. Apabila dibandingkan, HAp-medis memiliki intensitas CO32- yang

sangat kecil. Hal ini menunjukkan semakin besar konsentrasi HNO3 maka akan semakin

banyak pula karbonat yang dihasilkan. Pita serapan CO32 pada HAp-medis yaitu pada

bilangan gelombang 1444,27 cm-1. Sedangkan pada HAp-6, HAp-9, dan HAp-12

menunjukkan hasil yang berturut turut 1457,96; 1457,95; dan 1457,83 cm-1. Walaupun nilai

bilangan gelombang hampir sama, namun ada pergeseran bilangan gelombang pada masing-

masing HAp pada cangkang telur ayam.

Keberadaan ion karbonat harus dihilangkan agar tidak menghambat sintesis HAp

(Dahlan et al. 2009). Adanya ion karbonat akan menempati 2 posisi dalam struktur HAp,

menggantikan gugus OH− pada HAp membentuk apatit karbonat tipe-A (AKA) dengan

rumus kimia (Ca10(PO4)6CO3), atau menggantikan gugus PO43− pada HAp membentuk apatit

karbonat tipe-B (AKB) dengan rumus kimia (Ca10(PO4)3(CO3)3(OH)2) (Hidayat).

Terbentuknya karbonat dapat terjadi karena adanya gas CO2 diudara selama proses sintering

yang dapat berikatan dengan ion OH-. Selain itu proses sintesis juga dilakukan diudara

terbuka yang memungkinkan adanya reaksi dengan CO2 bebas yang ada diudara. Menurut

Suryadi (2011), Karbon dioksida akan berkontak dengan aquades yang menjadi pelarut,

menghasilkan anion karbonat (CO32-), dan masuk ke dalam kisi kristal dari HAp. Sari (2013),

juga melaporkan jika keberadaan ion CO32‐ dapat berasal dari prekursor cangkang telur.

Karbonat yang masuk ke dalam kisi kristal akan mempengaruhi nilai rasio Ca/P dari HAp dan

juga bidang kristalnya. Ion karbonat yang masuk ke dalam kisi kristal HAp akan

menggantikan ion hidroksil (OH-) atau fosfat (PO43-) dan menghasilkan carbonated-HA

(CHA) (Suryadi, 2011). Perlu adanya inertisasi lingkungan (reaktor) dengan mengalirkan gas

inert seperti nitrogen (N2) sehingga proses pencampuran prekursor bebas dari kontaminan

dari udara. Selain itu, laju penambahan asam yang terlalu lambat seharusnya tidak dilakukan

selama sintesis karena akan menyebabkan bergabungnya karbonat dengan struktur apatit.

Meskipun hidroksiapait yang berasal dari cangkang telur ayam tidak murni, namun

keberadaan CO32- tidak banyak mengganggu pada proses implantasi pada tulang. Adanya

CO32− tidak dapat dikatakan buruk karena tulang manusia juga memiliki CO3

2− yang

merupakan substitusi alami untuk PO43− sesuai dengan rumus molekul

Ca10(CO3)x(PO4)6(2/3)x(OH) atau HAp terkarbonasi (Aoki 1991 dalam hidayat).