BAB I PENDAHULUAN 1.1 Emas (Aurum) Emas adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Au (bahasa Latin: 'aurum') dan nomor atom 79. Sebuah logam transisi (trivalen dan univalen) yang lembek, mengkilap, kuning, berat, "malleable", dan "ductile". Emas tidak bereaksi dengan zat kimia lainnya tapi terserang oleh klorin, fluorin dan aqua regia. Logam ini banyak terdapat di nugget emas atau serbuk di bebatuan dan di deposit alluvial dan salah satu logam coinage. Emas melebur dalam bentuk cair pada suhu sekitar 1000oC. Emas merupakan logam yang bersifat lunak dan mudah ditempa, kekerasannya berkisar antara 2,5 3 (skala Mohs), serta berat jenisnya tergantung pada jenis dan kandungan logam lain yang berpadu dengannya. Mineral pembawa emas biasanya berasosiasi dengan mineral ikutan (gangue minerals). Mineral ikutan tersebut
umumnya kuarsa, karbonat, turmalin, flourpar, dan sejumlah kecil mineral non logam. Mineral pembawa emas juga berasosiasi dengan endapan sulfida yang telah teroksidasi. Mineral pembawa emas terdiri dari emas nativ, elektrum, emas telurida, sejumlah paduan dan senyawa emas dengan unsur-unsur belerang, antimon, dan selenium. Elektrum sebenarnya jenis lain dari emas nativ, hanya kandungan perak di dalamnya >20%. Emas terbentuk dari proses magmatisme atau pengkonsentrasian di permukaan. Beberapa endapan terbentuk karena proses metasomatisme kontak dan larutan hidrotermal, sedangkan pengkonsentrasian secara mekanis menghasilkan endapan letakan (placer). Genesa emas dikatagorikan menjadi dua yaitu:
Endapan primer; dan Endapan plaser.
Emas digunakan sebagai standar keuangan di banyak negara dan juga digunakan sebagai perhiasan, dan elektronik. Penggunaan emas dalam bidang moneter dan keuangan berdasarkan nilai moneter absolut dari emas itu sendiri terhadap berbagai mata uang di seluruh dunia, meskipun secara resmi di bursa komoditas dunia, harga emas dicantumkan dalam mata uang dolar Amerika. Bentuk penggunaan emas dalam bidang moneter
lazimnya berupa bulion atau batangan emas dalam berbagai satuan berat gram sampai kilogram.
1.2 Sintesis Emas 1.2.1 Amalgamasi Amalgamasi adalah proses penyelaputan partikel emas oleh air raksa dan membentuk amalgam (Au Hg). Amalgam masih merupakan proses ekstraksi emas yang paling sederhana dan murah, akan tetapi proses efektif untuk bijih emas yang berkadar tinggi dan mempunyai ukuran butir kasar (> 74 mikron) dan dalam membentuk emas murni yang bebas (free native gold). Proses amalgamasi merupakan proses kimia fisika, apabila amalgamnya dipanaskan, maka akan terurai menjadi elemen-elemen yaitu air raksa dan bullion emas. Amalgam dapat terurai dengan pemanasan di dalam sebuah retort, air raksanya akan menguap dan dapat diperoleh kembali dari kondensasi uap air raksa tersebut. Sementara Au-Ag tetap tertinggal di dalam retort sebagai logam. 1.2.2 Sianidasi Proses Sianidasi terdiri dari dua tahap penting, yaitu proses pelarutan dan proses pemisahan emas dari larutannya. Pelarut yang biasa digunakan dalam proses cyanidasi adalah NaCN, KCN, Ca(CN)2, atau campuran ketiganya. Pelarut yang paling sering digunakan adalah NaCN, karena mampu melarutkan emas lebih baik dari pelarut lainnya. Secara umum reaksi pelarutan Au dan Ag adalah sebagai berikut:
4Au
+
8CN- +
O2 +
2
H2 O
4Au(CN)2- +
4OH-
4Ag + 8CN- + O2 + 2 H2O = 4Ag(CN)2- + 4OH-
Pada tahap kedua yakni pemisahan logam emas dari larutannya dilakukan dengan pengendapan dengan menggunakan serbuk Zn (Zinc precipitation). Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
2 Zn + 2 NaAu(CN)2 + 4 NaCN +2 H2O 2 Zn + 2 NaAg(CN)2 + 4 NaCN +2 H2O
2 Au + 2 NaOH + 2 Na2Zn(CN)4 + H2 2 Ag + 2 NaOH + 2 Na2Zn(CN)4 + H2
Penggunaan serbuk Zn merupakan salah satu cara yang efektif untuk larutan yang mengandung konsentrasi emas kecil. Serbuk Zn yang ditambahkan kedalam larutan akan mengendapkan logam emas dan perak. Prinsip pengendapan ini mendasarkan deret Clenel, yang disusun berdasarkan perbedaan urutan aktivitas elektro kimia dari logam-logam dalam larutan cyanide, yaitu Mg, Al, Zn, Cu, Au, Ag, Hg, Pb, Fe, Pt. setiap logam yang berada disebelah kiri dari ikatan kompleks sianidanya dapat mengendapkan logam yang digantikannya. Jadi sebenarnya tidak hanya Zn yang dapat mendesak Au dan Ag, tetapi Cu maupun Al dapat juga dipakai, tetapi karena harganya lebih mahal maka lebih baik menggunakan Zn. Proses pengambilan emas-perak dari larutan kaya dengan menggunakan serbuk Zn ini disebut Proses Merill Crowe.
1.3 Nanopartikel Emas Terdorong oleh rasa ketertarikan terhadap keunikan sifak fisik dan kimia dari unsur Au (Aurum/Emas), beberapa peneliti mangembangkan pembuatan pertikel emas menggunakan nanostruktur material. Berdasarkan dari sifat fisik dan kimianya, nanopartikel emas dapat digunakan sebagai katalis, biomedicine, dan komponen peralatan elektronik serta optikal.
Gambar 1.1 Nanopartikel Emas
Ada berbagai cara pembuatan nanopartikel emas tergantung prekursor, rute reaksi kimia, pelarut polar dan nonpolar, metdoe elektokimia, metode sonokimia, radiolytic, dan fotokimia. Metdo pembuatan nanopartikel emas dijelaskan sebagai berikut : a. Metode Reduksi Sitrat (Citrate-Reduction) Untuk memproduksi koloid nanopartikel emas berukuran 10-20 nm digunakan metode reduksi sitrat yang dikembangkan oleh G. Frens. Metode ini tidak dapat diterapkan untuk memproduksi nanopartikel emas dengan diameter 40-120 nm karena terjadi pembentukan polydisperse. b. Metode Modifikasi cairan dua fasa Pada metode ini digunakan senyawa kimia pereduksi yang bergantung pada kondisi larutan dan laju reaksi. Kelemahan metode ini adalah tidak dapat memproduksi ukuran nanopartikel emas dengan ukuran yang sama dan kelebihan pereduksi dan hasil oksidasinya akan mengontaminasi produk. c. Metode Elektrokimia Metode ini untuk memproduksi nanpartikel emas anisotropik. d. Metode Radiolitik dan Fotokimia Metode ini memiliki banyak keuntungan, antara lain : Ukuran nanopartikel emas dapat dikontrol tanpa menggunakan agen pereduksi Reaksi reduksi dapat terjadi secara seragam dalam larutan sehingga laju reaksi dapat terdefinisi Metode ini telah dikembangkan menjadi sebuah metode yang kompetitif tanpa memerlukan instrumen-instrumen khusus.
BAB II METODE SINTESIS NANOPARTIKEL EMAS
2.1 Metode Sintesis Nanopartikel Emas (Dong, et al.) Partikel koloidal emas dengan ukuran yang berbeda-beda dipersiapkan pada sistem larutan mengandung 5.64. 10-2 M/l PEG, 0,5 M/l aseton dan HAuCl4 dengan konsentrasi berbeda. Seluruh eksperimen fotokimia dilaksanakan pada wadah kuarsa segitiga berukuran 250 ml. Luas permukaan paparan 50 cm2. Berat molekul rata-rata PEG yang digunakan adalah 400 dan 600. HAuCl4 disiapkan dari emas murni (99,99 %) yang dilarutkan dalam aqua regia dan hilangkan HNO3 dengan HCl. Seluruh reagen kimia yang digunakan adalah kualitas reagen analisis. Air suling ganda digunakan selama eksperimen. Seluruh peralatan kaca yang digunakan pada eksperimen dibersihkan dengan larutan asam kromat secara cermat dan direndam secara berurutan menggunakan air suling ganda. Mekanisme reaksi sintesis ini adalah sebagai berikut. HAuCl4 AuCl4- + PEG AuCl4- + H+ [AuCl4- - PEG]
[AuCl4- - PEG] [AuCl4- - PEG]* [Au(III)Cl4- - PEG]* 2[Au(II)Cl3- - PEG] [Au(II)Cl3- - PEG] + [Au(III)Cl4- - PEG] + [Au(I)Cl2- - PEG]
[Au(I)Cl2- - PEG] [Au(0) - PEG] + + Cl-
Reduksi kompleks terasosiasi [AuCl4- - PEG] sangat dipercepat oleh keberadaan aseton. Sama halnya dengan formasi fotokimia partikel perak koloidal, radikal ketil aseton diproduksi melalui eksitasi aseton pada cahaya 300 nm memegang peran mempercepat reduksi ion [Au(I)Cl2- - PEG], menghasilkan laju nukleasi yang lebih cepat. (CH3)2CO CH3COCH3* CH3COCH3* + H+ (CH3)2 H
(CH3)2 H + [AuCl4- - PEG] [Au(0) - PEG] + (CH3)2CO + 4 Cl-
Radikal ketil mengalami disosiasi fotolitik, membentuk reduktan yang lebih kuat. (CH3)2CO + [AuCl4- - PEG] n [Au(0) - PEG] + H+
[Au(0) - PEG] + (CH3)2CO + 4 Cl[Au(0)n PEG]
Untuk persiapan partikel bibit emas dalam PEG (berat molekular 600) dan larutan aseton dalam air mengandung 2,44. 10-4 M/l HAuCl4, transiluminator cahaya ganda elektronik (Ultra-lum com.) digunakan sebagai sumber cahaya untuk iradiasi panjang gelombang 300 nm (48W). Pada awal tahap nukleasi, larutan diaduk perlahan. Setelah iradasi 10 menit, diperoleh larutan emas koloid berwarna merah ruby dan dipergunakan sebagai larutan bibit. Untuk sintesis sekaligus partikel emas berukuran lebih besar, digunakan pendekatan pertumbuhan termediasi bibit dalam radiasi UV pada plato dimana ketinggiannya 1850 m. Radiasi matahari melalui metode fotokimia terjadi melalui nukleasi dan pertumbuhan. Namun, metode ini tidak sesuai untuk membentuk nanopartikel dengan distribusi ukuran sempit. Untuk alasan berikut, baru-baru ini T. Pal dkk. mengajukan rancangan jalur pertumbuhan mediasi bibit suksesif dengan iradiasi UV. Penggunaan bibit metalik praformasi sebagai pusat nukleasi adalah teknik penting dalam sintesis nanopartikel. M.J. Natan dkk. menginvestigasi kembali penggunaan partikel emas yang direduksi menggunakan sitrat dan borohidrida sebagai bibit persiapan nanopartikel emas yang lebih besar, berdiameter 30-100 nm, dan menggunakan pembibitan hidroksilamina pada nanopartikel emas koloidal untuk mengendalikan formasi film emas konduktif.
2.2 Metode Sintesis Nanopartikel Emas Konvensional Pada proses konvensional berikut, nanopartikel emas (AuNP) dibuat dengan menambahkan larutan natrium sitrat dan NaBH4 ke dalam larutan HAuCl4. Reaksi yang berlangsung adalah sebagai berikut. HAuCl4.3H2O AuCl4- + H3O+ AuNP
AuCl4- + Na-sitrat + NaBH4
Larutan NaBH4 di sini berperan sebagai zat pereduksi yang akan mereduksi Au3+ dalam larutan menjadi Au0. Sedangkan larutan natrium sitrat berfungsi sebagai zat pereduksi dan juga zat penstabil (caping agent). Muatan negatif dari ion sitrat akan diadsorpsi oleh permukaan nanopartikel emas sehingga antar nanopartikel emas akan saling bertolakan karena adanya muatan negatif di sekeliling permukaannya. Hal ini dapat mencegah agregasi dari nanopartikel emas. Larutan HAuCl4 yang semula berwarna kuning, setelah direduksi dengan NaBH4 dan natrium sitrat warnanya akan berubah menjadi merah ruby. Hal ini menandakan bahwa telah terbentuk nanopartikel emas. Proses pembentukan nanopartikel emas dapat dijelaskan sebagai berikut: HAuCl4 merupakan suatu asam lemah yang membentuk suatu sistem kesetimbangan dalam larutannya. Karena berada pada kesetimbangan, jumlah AuCl4- yang dihasilkan tidak banyak sehingga memungkinkan untuk direduksi menjadi Au0. Ketika berada dalam bentuk ionnya, AuCl4- akan saling tolak-menolak karena pengaruh muatan sejenis, tetapi setelah direduksi menjadi Au0 maka muatan atom Au menjadi netral sehingga memungkinkan antar atom Au akan saling mendekat dan berinteraksi satu sama lain melalui ikatan antarlogam membentuk suatu kluster yang berukuran nano. Larutan yang terdiri dari kluster tersebut yang dikenal dengan larutan nanopartikel emas. Proses pembentukan nanopartikel emas ini dapat digambarkan seperti Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Ilustrasi Pembentukan Nanopartikel Emas
BAB III KARAKTESISASI NANOPARTIKEL EMAS
3.1 Karakterisasi Nanopartikel dengan Spektrofotometri UV-Visible Larutan nanopartikel emas dikarakterisasi dengan spektrofotometri UV-Visible (UV-Vis) pada panjang gelombang 250-650 nm. Spektra serapan yang diberikan oleh larutan nanopartikel emas tersebut diamati setiap selang waktu tertentu. Serapan maksimum dan nanopartikel emas pada panjang gelombang 516 nm setelah 10 menit pada sistem dengan aseton (gambar 3.1(a)) menunjukkan ukuran dari nanopartikel tersebut. Pada sistem tanpa aseton (gambar 3.1(b)) serapan maksimum terdapat pada panjang gelombang 524,5nm setelah 12 menit. Hal ini disebabkan oleh karakteristik sifat optikal dari nanopartikel emas. Seiring dengan waktu, serapan nanopartikel akan turun seiring dengan pertumbuhan terkontrol dari nanopartikel emas.
Gambar 3.1 UV-Vis Nanopartikel Emas (a) dengan aseton (b) tanpa aseton 3.2 Karakterisasi Nanopartikel dengan Transmission Electron Microscopy (TEM) TEM atau Transmission Electron Microscopy merupakan suatu mikroskop elcektron yang dapat menggambarkan morfologi permukaan material dengan resolusi yang tinggi.
Berbeda dengan mikroskop optik atau SEM yang menggunakan prinsip refleksi baik oleh cahaya maupun elektron sekunder, TEM memanfaatkan prinsip transmisi elektron dari material sehingga didapatkan morfologi permukaan dengan resolusi yang lebih tinggi dibandingkan kedua mikroskop tersebut. Larutan nanopartikel emas dapat dikarakterisasi dengan TEM untuk mendapatkan
informasi mengenai bentuk dan ukuran nanopartikel emas yang dibuat. Pada gambar 3.2 (a) yaitu sistem dengan aseton, diameter rata-rata dari nanopartikel emas adalah 5nm seperti yang terlihat pada histogram distribusi partikel. Distribusi ukuran nanopartikel pada sistem dengan aseton lebih seragam dibandingkan dengan distribusi ukuran nanopartikel pada sistem tanpa aseton
Gambar 3.2 Hasil TEM nanopartikel emas (a) sistem dengan aseton ( distribusi ukuran ditunjukkan histogram di sampinganya) (b) sistem tanpa aseton
3.3 Karakterisasi Nanopartikel dengan X-Ray Diffraction (XRD) Perangkat X-Ray Diffraction memanfaatkan fenomena difraksi sinar-X untuk menentukan karakteristik-karakterisitik material sebagai berikut a) Komposisi fase/ senyawa pada sampel b) Crystallite Size
c) Lattice parameters sel satuan dan Bravais lattice symmetry d) Crystal Structure e) Epitaxy/Texture/Orientation f) Residual Strain (macrostrain) and microstrain Keluaran dari XRD berupa spekturm yang menghubungkan intensitas sinar-X yang terdeteksi dengan sudut difraksi, 2. Spektrum ini kemudian dapat dianalisis sedemikian sehingga didapatkan karakteristik material yang disebutkan di atas.
Gambar 3.3 Hasil XRD Nanopartikel Emas
BAB IV APLIKASI NANOPARTIKEL EMAS
Nanopartikel emas dapat memiliki beberapa aplikasi yang telah nyata buktinya, di antaranya ada yang digunakan dalam bidang katalis, kesehatan, optikal, dan lain-lain. 4.1 Nanopartikel Emas sebagai Katalis Pada dekade terahir, ada peningkatan yang tinggi dalam penggunaaan emas sebagai bahan katalis karena mampu berperan sebagai katalis dalam berbagai reaksi. Katalis emas (Au) digunakan antara lain untuk konversi gas sintesis, oksidasi kobalt (Co), dan hidrogenasi asetilen (C2H2) dan oksidasi karbon monoksida pada suhu rendah dan fasa cair. Reaksi lain yang mampu menggunakan nanopartikel emas adalah oksidasi temperature rendah metana, oksidasi selektif D-laktosa untuk asam D-laktobionat, dan oksidasi aerobik dari aldehid.
Gambar 4.1 Reaksi Oksidasi CO dengan Katalis Au Salah satu yang paling mengesankan dengan menggunakan emas sebagai katalis adalah suhu light off yang dapat diraih (suhu tertentu yang memungkinkan katalis dapat berfungsi). Secara potensial, katalis nanopartikel emas mencapai fungsi optimum pada temperatur 200-350 K dibandingkan platina pada temperatur 400-800 K. Nanopartikel emas berada pada ukuran 2 hingga 3 nm. Partikel emas berukuran kurang dari 5 nanometer dengan diameter memiliki tingkat tinggi aktivitas katalis ketika mereka disimpan di-oksida logam mendukung. Satu nanometer (nm) sama dengan satu satu miliar meter, atau sekitar lebar lima atom. Para peneliti membandingkan dua kelompok nanopartikel emas. Satu, dikeringkan di udara statis, yang disebut katalis mati atau tidak aktif. Kelompok yang lain, dikeringkan dengan udara mengalir adalah katalis aktif 100% untuk oksidasi CO.
4.2 Nanopartikel Emas dalam Bidang Kesehatan Penggunaan nanopartikel emas terdapat pula pada bidang kesehatan. Seorang dokter dari Georgia, yakni dr. Nie dkk mewakili Pusat Keunggulan Nanoteknologi Kanker telah mengembangkan pemancar cahaya kristal semikonduktor disebut "titik titik kuantum" menjadi alat untuk deteksi kanker dan pengobatan untuk beberapa tahun akan tetapi koloid emas, atau partikel emas disuspensi, menawarkan keunggulan dibandingkan dengan titiktitik kuantum di emas tampaknya tidak beracun dan partikel partikel menghasilkan lebih tajam dan sinyal cerah. Sebuah studi dilakukan oleh University of Technology Sydney, Australia dan dipublikasikan dalam ACS 'Nano letters, menemukan metode baru untuk membunuh parasit toxoplasma, yaitu dengan menggunakan nanopartikel emas untuk membunuh parasit Toxoplasma. Emas tidak berinteraksi dengan struktur sel manusia, teknologi "golden bullet" bisa menjadi cara yang lebih aman dan efektif untuk menghancurkan parasit, dari pada menggunakan terapi obat konvensional. Tim yang dipimpin oleh Michael Cortie, memasang antibodi terhadap parasit ke nanorpartikel emas dan ditembak sinar laser. Selanjutnya, sel-sel yang terkena sinar laser, suhunya akan naik karena "golden bullet" dan membunuh parasit, dalam proporsi sekitar 83%. Untuk selanjutnya adalah tinggal mengubah teknik, sehingga dapat digunakan untuk membunuh parasit pada pasien manusia. Nanopartikel emas juga sedang dikembangkan sebagai pembawa nutrisi makanan dalam tubuh sehingga nutrisi tersebut dapat terlepas tepat di titik yang dibutuhkan.
Gambar 4.2 Mekanisme Nanopartikel Emas dalam Mentransportasikan Starch
4.3 Nanopartikel Emas dalam Bidang Optical dan Instrumentasi Penggunaan nanopartikel Au dapat dijumpai pula pada Nano / Bio Interface Center dari University of Pennsylvania yang telah menunjukkan transduksi radiasi optik untuk arus listrik dalam sirkuit molekuler. Sebuah sistem array berukuran molekul nano dari emas, menanggapi gelombang elektromagnetik dengan menciptakan plasmon permukaan yang memaksa dan proyek arus listrik di seluruh molekul, mirip dengan sel surya fotovoltaik. 4.4 Nanopartikel Emas dalam Bidang Biofisika Pada bidang biofisika, nanopartikel emas digunakan untuk melacak posisi rapuh biomolekul seperti DNA atau protein dengan memanipulasi bola kecil - biasanya polistirena - melekat pada molekul. Emas dapat terperangkap oleh tekanan radiasi laser lebih efisien, yang akan memungkinkan pengukuran cepat dan deteksi gerakan yang lebih kecil pada daya laser yang sama. Para ilmuwan juga menemukan emas yang menyerap cahaya dan memanas dengan cepat, dengan derajat yang luar biasa 266 C per watt daya laser, pada panjang gelombang yang paling sering digunakan dalam perangkap optik.
4.5 Nanopartikel Emas dalam Bidang Kosmetika Teknologi termutakhir yang pernah ada saat ini adalah menggunakan nanopartikel emas dalam kosmetika wanita, seperti produk yang tengah beredar saat ini.
Gambar 4.3Nanopartikel Emas sebagai Komponen Kosmetik
BAB IV KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 1. Nanopartikel Au dapat diproduksi melalui reduksi larutan HAuO4, baik secara konvensional menggunakan reagen reduktor maupun reduktor UV. 2. Nanopartikel Au dapat dikarakterisasi dengan spektrofotometri UV-Vis pada panjang gelombang 250-650 nm dengan serapan maksimum 516 nm pada sistem dengan aseton dan 524,5 nm pada sistem tanpa aseton. 3. Nanopartikel Au dapat dikarakterisasi dengan TEM, diperoleh ukuran diameter partikel 5 nm. 4. Nanopartikel Au memiliki banyak aplikasi, di antaranya sebagai katalis, detektor kanker, kosmetika, dan pelacak DNA. 5.2 Saran 1. Diperlukan penelitian lebih lanjut untuk mengaplikasi material nanopartikel emas sehingga dapat mendukung kemajuan teknologi kedokteran dan kecantikan. 2. Diperlukan karakterisasi yang lebih akurat sehingga aplikasi pada bidang kedokteran dan kesehatan dapat lebih aman terhadap pengguna.
DAFTAR PUSTAKA 1. Dong, Shouan, Chun Tang, Hua Zhou, and Huaizhi Zhao, Photochemical Synthesis of Gold Nanoparticles by the Sublight Radiation Using a Seeding Approach, Institute of Precious Metals, China, Gold Bulletin, Maret 2004. 2. Fu, Wei, et al., Biomedical Application of Gold Nanoparticles Functionalized Using Hetero-Bifunctional Poly(ethylene glycol) Spacer, Northeastern Universtity, Boston, 2005. 3. Wijaya, Lany, Modifikasi Eletroda Analisis pada Sintesis Nanopartikel Emas, FMIPA UI, 2008. 4. Yang, Tianzhong, et al., Nanoparticles for Biomedical Applications, www.artechhouse.com/GetBlob.aspx?strName=Yih_254_CH03.pdf, Desember 201
