5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tulang Sapi

Struktur tulang sapi pada prinsipnya sama dengan tulang lainnya yaitu

terbagi menjadi bagian epiphysis atau bagian sendi tulang dan diaphysis atau

bagian tengah tulang yang berbentuk silinder. Komposisi tulang sapi yang terdiri

dari 93% hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) dan 7% β-tricalcium phosphate

(Ca3(PO4)2, β-TCP) (Ooi et al.,2007). Komposisi kimia tulang sapi terdiri dari zat

anorganik berupa Ca, P, O, H, Na dan Mg, dimana gabungan reaksi kimia unsur

Ca, P, O, H merupakan senyawa apatite mineral sedangkan Na dan Mg

merupakan komponen zat anorganik tambahan penyusun tulang sapi dengan suhu

titik lebur tulang sapi sebesar 1227oK (Sontang, 2000).

2.2 Hidroksiapatit

Hidroksiapatit (HAp) adalah sebuah molekul kristalin yang intinya

tersusun dari fosfor dan kalsium dengan rumus molekul Ca10(PO4)6(OH)2 yang

termasuk di dalam keluarga senyawa kalsium fosfat. Hidroksiapatit yang berasal

dari tulang sapi telah secara luas dipelajari dalam bidang aplikasi medis seperti

digunakan untuk mencangkok tulang, memperbaiki, mengisi atau penggantian

tulang serta dalam pemulihan jaringan gigi. Hidroksiapatit digunakan di dalam

dunia medis karena memiliki sifat yang dapat beradaptasi dengan baik pada

jaringan keras dalam tulang, dapat membangun kembali jaringan tulang yang

sudah rusak dan juga di dalam jaringan lunak meskipun memiliki laju degradasi

yang rendah, sifat osteokonduktifitas yang tinggi, bersifat tidak beracun, non

inflamasi dan imunogenik (Kusrini dan Sontang, 2012).

6

2. 1. 1 Sifat – sifat Hidroksiapatit

Sifat fisika dan biokimia dari hidroksiapatit sama dengan yang dimiliki

oleh tulang dan gigi. Selain itu, struktur molekul hidroksiapatit juga sama dengan

struktur molekul tulang dan gigi.

a. Struktur Kristal

Struktur kristal senyawa hidroksiapatit dapat dibedakan menjadi dua jenis

yaitu monoklin dan heksagonal. Umumnya kristal hidroksiapatit yang dibuat

dengan cara sintesis memiliki struktur kristal heksagonal. Struktur hidroksiapatit

heksagonal memiliki jarak simetri antar gugus P63/m dengan parameter kisi a = b

= 9.432 Å, c = 6.881 Å dan γ = 120o. Struktur kristal ini tersusun atas gugus PO4

tetrahedral yang diikat oleh ion – ion Ca. Ion – ion Ca berada pada dua posisi

berbeda yakni posisi kolom sejajar (Ca1) dan posisi segitiga sama sisi (Ca2) yang

berada pada pusat sumbu putar. Susunan OH membentuk kolom dan berada pada

sumbu putar, juga membentuk susunan demikian dengan OH yang terdekat.

Struktur kristal heksagonal hidroksiapatit ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Struktur Kristal Heksagonal Hidroksiapatit (Corno et al., 2006)

Struktur kristal monoklin hidroksiapatit akan terbentuk apabila dalam

keadaan stoikiometrik. Struktur kristal monoklin merupakan struktur yang paling

7

teratur dan stabil secara termodinamika walaupun jika ditempatkan dalam suhu

ruangan. Struktur kristal monoklin hidroksiapatit ditemukan pertama kali dari

proses pengubahan kristal tunggal klorapatit menjadi kristal tunggal hidroksiapatit

dengan memaparkannya pada uap air bersuhu 1200oC. Struktur kristal monoklin

hidroksiapatit memiliki jarak simetri antar gugus P21/b dan parameter kisi a =

9.421 Å, b = 2a, c = 6,881 Å dan γ = 120o. Struktur kristal monoklin

hidroksiapatit ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Struktur Kristal Monoklin Hidroksiapatit (Corno et al., 2006)

Struktur kristal monoklin hidroksiapatit terbentuk disebabkan karena

susunan OH- membentuk urutan OH-OH-OH-OH- yang menyebabkan parameter

kisi b menjadi 2 kali a. Namun struktur heksagonal juga dapat terbentuk pada

kondisi stoikiometrik apabila susunan OH- tidak teratur (Corno et al., 2006).

Rasio Ca/P dari hidroksiapatit adalah 10/6 dan densitasnya 3,19 g/mL

(Ferraz et al., 2004). Terdapat variasi pada sifat mekanik dari hidroksiapatit yang

disintesis. Unsur penyusun utama mineral apatit tulang sapi adalah Ca, P, O dan H

yang sesuai dengan komposisi kimia dan struktur kristal hidroksiapatit

Ca10(PO4)6(OH)2 yang mempunyai simetri ruang P63/m (Kusrini dan Sontang,

2012).

8

b. Sifat Fisika

Sifat fisika dari hidroksiapatit telah banyak dipelajari, diantaranya adalah

penelitian yang dilakukan oleh Barakat (2008) mengatakan bahwa sifat fisika

hidroksiapatit yang melalui proses dekomposisi termal memiliki kristalinitas yang

baik, sedangkan hidroksiapatit melalui proses alkalin hidrotermal dan proses air

subkritis menghasilkan hidroksiapatit berbentuk nano partikel. Adanya perbedaan

sifat fisika dari hidroksiapatit pada penelitian tersebut disebabkan karena adanya

perbedaan variasi struktural, yaitu pengaruh porositas mikro yang tersisa, ukuran

butir serta adanya pengotor. Selain itu, sifat fisika dari beberapa hidroksiapatit

yang diteliti dipengaruhi oleh proses pembuatan dan distribusi kekuatannya. Rasio

molar Ca/P juga berpengaruh pada struktur hidroksiapatit yang disintesis.

Semakin besar rasio molar Ca/P maka kekuatan meningkat dan mencapai nilai

maksimum.

c. Sifat Kimia

Senyawa hidroksiapatit memiliki sifat kimia biokompatibel, bioaktif,

osteokonduktif yang tinggi dan atau osteoinduktif yang tidak beracun, tidak

menyebabkan peradangan, sehingga banyak digunakan di dunia medis (Elliott,

1994; Hulber et al., 1987). Biokompatibel adalah sifat dimana material tidak

menyebabkan reaksi penolakan dari sistem kekebalan tubuh. Bioaktif adalah sifat

material akan sedikit larut tetapi membantu pembentukan lapisan permukaan

apatit biologis sebelum langsung berantarmuka dengan jaringan pada skala atomik

yang mengakibatkan ikatan kimia langsung ke tulang. Bioresorabel adalah sifat

material akan larut sepanjang waktu tanpa memperhatikan mekanisme yang

menyebabkan perpindahan material dan mengijinkan jaringan yang baru tumbuh

9

pada sembarang permukaan tidak beraturan namun tidak harus berantarmuka

langsung dengan permukaan material. Akibatnya fungsi dari material bioresorabel

adalah berperan dalam pembentukan dan reabsorpsi yang terjadi dalam jaringan

tulang yang memungkinkan material digunakan sebagai pengisi tulang yang

menyebabkan materi berinfiltrasi dan bersubstitusi ke dalam jaringan (Rachmania,

2012).

Hidroksiapatit yang bersifat bioaktif memiliki laju disolusi yang

dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti derajat kristalinitas, ukuran kristal,

temperatur, tekanan, dan tekanan parsial air. Hidroksiapatit larut di dalam larutan

asam sementara tidak larut di dalam larutan basa dan sedikit larut didalam air

destilasi. Kelarutan di dalam air destilasi meningkat seiring dengan penambahan

elektrolit. Selain itu, kelarutannya juga dipengaruhi oleh adanya asam amino,

protein, enzim dan senyawa organik lainnya. Sifat kelarutan tersebut berhubungan

dengan sifat biokompatibel hidroksiapatit dengan jaringan dan reaksi – reaksi

kimia dengan senyawa lainnya. Akan tetapi laju kelarutan juga dipengaruhi oleh

perbedaan bentuk, porositas, ukuran kristal, kristalinitas, dan ukuran kristalit.

Kelarutan hidroksiapatit yang disintering sangat rendah dan hidroksiapatit

bereaksi aktif dengan protein, lemak dan senyawa organik ataupun nonorganik

lainnya.

2.3 Kalsinasi

Kalsinasi adalah proses pemanasan, penghilangan kandungan air, karbon

dioksida atau gas lain yang mempunyai ikatan kimia dengan materi pada

temperatur tinggi di bawah titik leleh dari zat penyusun materi. Kalsinasi adalah

dekomposisi termal/penguraian temperatur yang dilakukan terhadap materi agar

10

terjadi dekomposisi dan mengeliminasi senyawa yang berikatan secara kimia

dengan materi. Panas diperlukan untuk melepas ikatan kimia karena dengan panas

maka ikatan kimia akan menjadi renggang dan pada temperatur tertentu atom-

atom yang berikatan akan bergerak sangat bebas menyebabkan terputusnya ikatan

kimia. Penggunaan proses kalsinasi pada tulang sapi dilaporkan untuk

menghilangkan bakteri atau agen yang menyebabkan penyakit (Ruksudjarit et al.,

2008).

Peristiwa yang terjadi selama proses kalsinasi antara lain (James, 1988) :

a. Pelepasan air bebas (H2O) dan terikat (OH) berlangsung sekitar suhu

100oC hingga 300oC.

b. Pelepasan gas-gas, seperti: CO2 berlangsung sekitar suhu 600oC dan

pada tahap ini disertai terjadinya pengurangan berat yang cukup

berarti.

c. Pada suhu lebih tinggi, sekitar 800oC struktur kristalnya sudah

terbentuk, dimana pada kondisi ini ikatan diantara partikel serbuk

belum kuat dan mudah lepas.

Pengeringan yang dilakukan dalam tahap kalsinasi bertujuan untuk

melepaskan air yang terikat di dalam konsentrat dengan cara penguapan.

Pelaksanaannya dilakukan dengan cara pemanasan sedikit diatas titik uap air, atau

dengan mengatur tekanan uap air di dalam konsentrat harus lebih besar dari pada

tekanan uap air di sekitarnya. Proses kalsinasi berprinsip pada tekanan uap air di

dalam konsentrat harus lebih besar dari tekanan atmosfer agar kecepatan

penguapan dapat berlangsung lebih cepat (Lalu, 2010).

11

2.4 Luas Permukaan

Sifat permukaan padatan ditentukan oleh sifat fisik yang salah satunya

ditentukan oleh luas permukaan. Penentuan luas permukaan merupakan bagian

yang penting dalam karakterisasi padatan yang diaplikasikan sebagai adsorben

maupun katalis karena luas permukaan menunjukkan seberapa besar situs aktif

pada permukaan padatan dimana interaksi terjadi (Day dan Underwood, 2002).

Luas permukaan spesifik ditentukan oleh luas permukaan dalam yaitu

mikropori dan mesopori. Luas permukaan yang diperoleh menunjukkan

kemampuan adsorpsi terhadap adsorbat, dimana semakin besar luas permukaan

maka kapasitas adsorpsinya semakin besar. Luas permukaan yang tinggi dapat

memberikan kontak lebih besar terhadap adsorben yang mengakibatkan adsorbat

yang terserap lebih banyak. Namun hal ini tidak selalu berlaku karena pori – pori

juga memiliki diameter yang beragam sehingga penyerapan juga tidak seragam

(Subroto, 2007).

Luas permukaan spesifik suatu adsorben menggambarkan luas permukaan

satu gram adsorben dalam satu satuan luas. Penentuan luas permukaan suatu

adsorben yang lazim digunakan adalah metilen biru sebagai adsorbat. Metilen biru

klorida merupakan padatan berwarna biru kehijauan dan larut dalam air

membentuk larutan stabil berwarna biru serta memiliki berat molekul 319,85

g/mol dan tiap molekul memiliki luas permukaan 120 Ǻ2. Menyerap radiasi pada

panjang gelombang di sekitar 664 nm (Yayus et al., 2005).

12

2.5 Keasaman Permukaan

Sifat permukaan padatan dapat diklasifikasikan ke dalam dua karakter

yaitu karakter fisik dan karakter kimia. Karakter fisik meliputi basal spacing atau

jarak antar lapis, luas permukaan spesifik, dan porositas, sedangkan yang

termasuk karakter kimia adalah keasaman permukaan (Harjadi, 1990).

Sifat keasaman dari permukaan padatan menunjukkan sifat struktur

permukaan dan sifat ini sangat penting untuk menerangkan pertukaran ion yang

terjadi. Jumlah asam pada permukaan padatan merupakan jumlah sisi aktif per

satuan luas permukaan padatan. Jumlah ini dapat ditentukan dari jumlah basa

yang bereaksi dengan padatan asam dengan menggunakan metode yang

memungkinkan, yang selanjutnya disebut dengan keasaman permukaan padatan

(Harjadi, 1990).

Penentuan keasaman permukaan padatan dapat dilakukan secara

kuantitatif dan kualitatif. Cara kuantitatif dengan metode analisis gravimetri dan

titrasi asam basa, sedangkan kualitatif dilakukan dengan spektrofotometri

inframerah. Penentuan keasaman pada permukan padatan dengan metode analisis

gravimetrik dapat dilakukan dengan adsorpsi basa. Basa yang dapat digunakan

antara lain quinolin, piridin, trimetil ammonia, pirol, dan amoniak (Day dan

Underwood, 2002).

Penentuan keasaman permukaan yang ditekankan pada studi ikatan spesies

dalam larutan dapat dilakukan dengan metode titrimetri. Dalam penentuan dengan

titrasi asam basa, situs asam adsorben hidroksiapatit akan bereaksi dengan basa

(NaOH). Sisa basa (NaOH) yang tidak bereaksi dengan situs adsorben, dititrasi

menggunakan asam (HCl). Untuk mngetahui titik ekivalennya pada penentuan

13

keasaman permukaan adsorben hidroksiapatit, digunakan phenolphthalein sebagai

indikator dengan perubahan warna dari merah muda menjadi tidak berwarna.

Selanjutnya volume HCl dicatat dengan teliti. Jumlah ekivalen basa sisa

sebanding dengan volume HCl yang digunakan. Dengan demikian keasaman

permukaan hidroksiapatit dapat dihitung dari selisih antara basa awal dengan basa

sisa (Vogel, 1985).

Persamaan untuk menentukan keasaman permukaan menurut Kumar et al.

(1995) adalah :

K = mmol NaOH −mmol NaOHberat sampel2.6 Spektrofotometer UV-Vis

Spektrofotometer UV-Vis merupakan salah satu metode analisis kimia

instrumental yang berdasarkan pada interaksi energi radiasi UV-Vis dengan analit.

Fenomena adsorpsi sinar radiasi elektromagnetik di daerah ultraviolet (λ = 200-

380 nm) dan di daerah sinar tampak (λ = 380-780 nm) oleh larutan sampel

anorganik maupun organik. Spektrum elektronik UV-Vis terjadi sebagai hasil

interaksi radiasi UV-Vis terhadap molekul yang mengakibatkan molekul tersebut

mengalami transisi elektronik (Cahyono, 2000).

Konsentrasi larutan yang diukur dengan menggunakan spektrofotometer

UV-Vis dapat ditentukan dengan hukum Lambert-Beer, dimana absorbansi

berbanding lurus dengan konsentrasi larutan, dengan persamaan matematisnya

yaitu :

A = a.b.c

14

Dimana,

A = absorbansi

a = absorptivitas (L mol-1 cm-1)

b = tebal kuvet (cm)

c = konsentrasi larutan (mol L-1) (Nur, 1989).

Spektrum absorpsi yang diperoleh dari hasil analisis suatu larutan dalam

spektrofotometer UV-Vis memberikan informasi berupa panjang gelombang

dengan absorbansi maksimum dari senyawa.

Konsentrasi suatu sampel dapat ditentukan dari absorbansi senyawa

menggunakan metode kurva standar. Pada metode ini dibuat larutan standar dalam

berbagai konsentrasi dan diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis

dan dibuat grafik antara konsentrasi (ppm) dan absorbansi (A) dengan persamaan

regresi liniernya yaitu :

Y = ax + b

Dimana,

Y = absorbansi

x = konsentrasi

b = slope

a = intersep (Khopkar, 1990)

Nilai a dan b dihitung dengan persamaan :b = ∑ ∑ ∑∑ (∑ ) , a = ∑ ∑Skema alat spektrofotometer UV-Vis seperti Gambar 2.3 dapat dijelaskan

bahwa sumber radiasi yang berasal dari lampu filament tungsten maupun lampu

15

deuterium diteruskan melalui lensa menuju ke monokromator dan diubah dari

cahaya polikromatis menjadi cahaya monokromatis (tunggal). Berkas – berkas

cahaya dengan panjang gelombang tertentu dilewatkan pada sampel, sehingga

menyebabkan cahaya ada yang diserap (diabsorbsi) dan ada yang dilewatkan.

Cahaya yang dilewatkan ini kemudian diterima oleh detektor. Detektor

selanjutnya akan menghitung cahaya yang diterima dan mengetahui cahaya yang

diserap oleh sampel. Cahaya yang diserap sebanding dengan konsentrasi zat yang

terkandung dalam sampel sehingga akan diketahui konsentrasi zat dalam sampel

secara kuantitatif (Rivai, 2013).

Gambar 2.3 Mekanisme Kerja Spektrofotometer UV-Vis

2.7 Fourier Transform Infra Red (FTIR)

Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) merupakan suatu

alat untuk mengetahui gugus fungsional dalam suatu senyawa. Identifikasi gugus

fungsi dari suatu sampel dilakukan dengan membandingkan pita absorbsi yang

terbentuk pada spektrum inframerah menggunakan tabel korelasi senyawa

pembanding. Data yang dihasilkan berupa grafik intensitas dan bilangan

gelombang. Intensitas menunjukkan jumlah senyawa yang diidentifikasi

16

sedangkan bilangan gelombang menunjukkan gugus fungsi senyawa yang terdapat

dalam sebuah sampel (Silverstein et al., 1984).

Dasar pemikiran dari Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red

adalah dari persamaan gelombang yang dirumuskan oleh Jean Baptiste Joseph

Fourier (1768-1830) seorang ahli matematika dari Perancis. Persamaannya adalah

sebagai berikut :

( ) = ( ̅) cos(2 ̅) ̅( ̅) = ( ) cos(2 ̅)

Dari deret Fourier tersebut intensitas gelombang dapat digambarkan

sebagai daerah waktu atau daerah frekuensi. Perubahan gambaran intensitas

gelobang radiasi elektromagnetik dari daerah waktu ke daerah frekuensi atau

sebaliknya disebut Transformasi Fourier (Fourier Transform). Selanjutnya, pada

sistem optik peralatan instrumen Fourier Transform Infra Red dipakai dasar

daerah waktu yang non dispersif. Sebagai contoh aplikasi pemakaian gelombang

radiasi elektromagnetik yang berdasarkan daerah waktu adalah interferometer

yang dikemukakan oleh Albert Abraham Michelson (Jerman, 1831). Pada sistem

optik Fourier Transform Infra Red digunakan radiasi LASER (Light Amplification

by Stimulated Emmission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yang di

interferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang

diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik (Giwangkara, 2006).

17

Gambar 2.4 Mekanisme Kerja FTIR

Prinsip kerja spektroskopi FTIR adalah adanya interaksi energi dengan

materi. Misalkan dalam suatu percobaan berupa molekul senyawa kompleks yang

ditembak dengan energi dari sumber sinar yang akan menyebabkan molekul

tersebut mengalami getaran. Sumber sinar yang digunakan adalah keramik, yang

apabila dialiri arus listrik maka keramik ini dapat memancarkan inframerah.

Besarnya energi getaran tiap atom atau molekul berbeda tergantung pada atom-

atom dan kekuatan ikatan yang menghubungkannya sehingga dihasilkan frekuensi

yang berbeda. FTIR interferogramnya menggunakan mecrosem dan letak

cerminnya (fixed mirror dan moving mirror) paralel. Spektroskopi inframerah

berfokus pada radiasi elektromagnetik pada rentang frekuensi 400 – 4000 cm-1 di

mana cm-1 disebut sebagai wavenumber (1/wavelength) yakni suatu ukuran unit

untuk frekuensi.

Identifikasi pita absorpsi khas yang disebabkan oleh berbagai gugus fungsi

merupakan dasar penafsiran spektrum inframerah (Creswell, 1972). Hadirnya

sebuah puncak serapan dalam daerah gugus fungsi dalam sebuah spektrum

inframerah hampir selalu merupakan petunjuk pasti bahwa beberapa gugus fungsi

tertentu terdapat dalam senyawa cuplikan. Demikian pula, tidak adanya puncak

18

dalam bagian tertentu dari daerah gugus fungsi sebuah spektrum inframerah

biasnya berarti bahwa gugus tersebut yang menyerap pada daerah itu tidak ada

(Pine, 1980).

Penelitian yang dilakukan oleh Sobczak (2009), dimana senyawa

hidroksiapatit yang diekstraksi dari tulang hewan dengan cara kalsinasi

menggunakan variasi suhu 650oC dan 950oC yang dikarakterisasi menggunakan

FT-IR menghasilkan spektra seperti ditunjukkan pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Spektra FTIR Ekstraksi HAp dari Tulang Hewan dengan KalsinasiMenggunakan Variasi Suhu 650oC dan 950oC

2.8 Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

Metode analisis spektrokimia merupakan metode analisis yang paling luas

digunakan baik untuk analisa elemen secara kuantitatif maupun kualitatif.

Penentuan unsur merupakan hal yang paling sering dilakukan dengan

menggunakan atomic emission atau atomic absorption spectroscopy. Ini karena

tidak diperlukan perlakuan awal sampel yang rumit dan penyempurnaan yang

selalu berlanjut dalam teknik deteksi emisi ini. Teknik ini sangat tepat terutama

untuk analisa elemen berdasarkan pada emisi atomik dari plasma laser hasil

19

pembangkitan dengan memfokuskan laser pada permukaan sampel. Analisa

spektroskopik dari pancaran emisi memberikan hasil informasi komposisi elemen

dari sampel. Spektroskopi emisi atomik yang menggunakan laser sebagai sumber

ablasi disebut dengan Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) (Cremers et

al., 2006)

LIBS merupakan metode alternatif dalam bidang kimia analitik yang

memungkinkan analisis langsung dari padatan, tanpa dilakukan tahap preparasi

menggunakan zat kimia. Namun, kurangnya standar dan pengulangan tidak

memungkinkan tercapainya batas rendah deteksi dan presisi seperti pada beberapa

metode canggih lainnya, sehingga sebagian besar analsisnya menyangkut

kualitatif, analisis semi-kuantitatif atau komparatif. LIBS dapat diterapkan untuk

analisis in-situ, ketika digabungkan dalam satu langkah sampling dan analisis

bahan. Analisis dapat dilakukan tanpa adanya kontak fisik dengan sampel yang

diperiksa, karena yang diperlukan hanya akses optik. Sensitivitas dari LIBS

tergolong cukup tinggi yang dapat berkisar dalam nanogram. Rangkaian peralatan

eksperimental dari LIBS masih kaku dan pada dasarnya sangat sederhana.

Instrumentasi yang diperlukan disajikan secara umum dalam Gambar 2.6

Gambar 2.6 Skema Instrumentasi Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

20

Plasma berisikan elektron – elektron, atom – atom netral, ion – ion dan

atom – atom tereksitasi. Elektron – elektron dari atom – atom tereksitasi ini dalam

waktu yang sangat singkat akan kembali ke keadaan dasar (ground state) dan

memancarkan emisi photon. Selanjutnya emisi ini dianalisis secara kualitatif

maupun kuantitatif oleh spektrometer. Kualitas hasil dari analisis ini tergantung

pada proses pembentukan plasma dan proses deteksinya. Pembentukan plasma

dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti jenis laser, jenis sampel serta tekanan gas

penyangga.

2.9 X-Ray Diffraction (XRD)

X-Ray Diffraction (XRD) merupakan suatu metode yang berdasarkan pada

sifat – sifat difraksi sinar-X, yakni hamburan cahaya dengan panjang gelombang

(λ) saat melewati kisi kristal dengan sudut datang (θ) dan jarak antar bidang

kristal (d). Data yang diperoleh dari metode XRD adalah sudut hamburan (sudut

Bragg) dan intensitas cahaya difraksi. Berdasarkan teori difraksi, sudut difraksi

bergantung pada lebar celah kisi sehingga mempengaruhi pola difraksi, sedangkan

intensitas cahaya difraksi bergantung pada banyaknya kisi kristal yang memiliki

orientasi sama. Hal tersebut dinyatakan dalam Hukum Bragg (Cullity, 2001).

Skema XRD ditunjukkan seperti pada gambar 2.7

Gambar 2.7 Skema Difraksi Sinar-X

21

Seberkas sinar yang terarah jika jatuh pada kristal dengan sudut θ dan

sebuah detektor diletakkan untuk mencatat sinar yang sudut hamburnya θ, setiap

sinar X yang sampai ke detektor akan memenuhi persamaan hukum Bragg

selanjutnya θ diubah-ubah, detektor akan mencatat puncak intensitas dengan orde

yang diramalkan. Jika jarak d antara bidag Bragg yang bersebelahan dalam kristal

diketahui, panjang gelombang dapat dihitung (Whiston, 1991).

Nilai d spasing tidak dapat digunakan untuk menentukan jarak interatom

dari suatu molekul, namun dapat digunakan untuk merefeksikan jarak interplanar

atau jarak interlayer antar kisi-kisi atom dalam suatu material. Nilai d spasing

sangat tergantung pada pengaturan atom dan struktur jaringan polimer dalam

material. Jarak antara interplanar atau interlayer dapat dikalkulasikan melalui

persamaan Bragg’s yang dituliskan dalam persamaan berikut (Whiston, 1991) :

2 d sin θ = n λ

Keterangan : d = jarak interplanar atau interlayer

θ = kisi difraksi sinar X

λ = panjang gelombang logam standar

n = tingkat atau orde difraksi

Setiap kristal mempunyai beberapa harga d yang khas. Oleh karena itu

dengan mengetahui harga d ini dapat diketahui jenis kristalnya. Dari tingkat

intensitas difraksinya dapat juga digunakan untuk mengetahui tingkat kekristalan

tertentu yaitu dengan membandingkan dengan hasil difraksi zat padat lainnya

yang diketahui kekristalannya (Tan, 1991).

Berkas sinar-X dapat terdiri dari dua jenis spektrum, yaitu kontinyu dan

diskrit. Spektrum kontinyu timbul akibat adanya pemberhentian elektron –

22

elektron berenergi kinetik tinggi oleh anoda. Pada saat pengereman terjadi, energi

kinetiknya diubah menjadi sinar-X. Sinar-X yang dihasilkan oleh pengereman

tersebut dusebut sinar-X Bremsstrahlung. (Kardiawarman, 2001). Spektrum

diskrit sinar-X dihasilkan oleh tumbukan antara elektron berkecepatan tinggi

dengan logam target. (Cullity, 2001)

XRD dapat digunakan untuk menentukan sistem kristal, parameter kisi,

derajat kristalinitas, dan fasa yang terdapat dalam suatu sampel. Metode XRD

dapat memberi informasi secara umum, baik secara kuantitatif maupun secara

kualitatif tentang komposisi fasa – fasa yang terdapat dalam suatu sampel. Salah

satu analisis komposisi fasa dalam suatu bahan adalah dengan membandingkan

pola XRD yang terukur dengan data yang ada. (Cullity, 2001)

Spektra terdiri atas sudut difraksi pada sumbu x dan intensitas pada sumbu

y seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.8, yang merupakan hasil ekstraksi HAp

dari tulang sapi dengan menggunakan suhu kalsinasi 950oC, menurut penelitian

yang dilakukan oleh Sobczak (2009).

Gambar 2.8 Spektra X-RD Hidroksiapatit melalui kalsinasi dengan suhu 950oC

23

Ukuran kristal juga dapat dihitung melalui nilai FWHM (Full Width at

Half Maxima) berdasarkan data implementasi puncak difraksi yang didapatkan.

Puncak difraksi dihasilkan oleh interfensi secara konstruktif cahaya yang

dipantulkan oleh bidang kristal. Hubungan ukuran kristal dengan puncak difraksi

dapat dihitung dengan persamaan Scherrer (Abdullah dan Khairurrijal, 2008).

D = K λβ cos θKeterangan :

D = ukuran kristal (nm)

K = faktor bentuk kristal

λ = panjang gelombang sinar X

β = nilai FWHM

θ = sudut Bragg pada puncak difraksi