VISKOSITA DAN RHEOLOGI
I. LATAR BELAKANGFarmasi fisika adalah ilmu yang mempelajari
gabungan antara ilmu farmasetika dan fisika yang berupa perhitungan
dan satuan kemudian diaplikasika dalam berbagai bentuk sediaan
obat. Salah satu hal yang mempengaruhi suatu sediaan farmasi baik
atau tidak, adalah sifat alir sediaan maka dari itu kita perlu
mempelajari viskositas dan rheologi. Prinsip dasar rheologi telah
digunakan dalam penyelidikan cat, tinta, berbagai adonan, kosmetik
serta bahan-bahan lain. Penyelidikan viskositas dari cairan sejati,
larutan, dan sistem koloid baik yang encer maupun yang kental jauh
lebih bersifat praktis dari pada bernilai teoritis.
Sediaan-sediaan farmasi bentuk cair dan semipadat memiliki
kemampuan berbeda-beda untuk mengalir. Sediaan semipadat umumnya
lebih susah untuk mengalir. Sediaan yang lebih sulit untuk mengalir
dikatakan memiliki nilai viskositas atau kekentalan yang lebih
besar dibandingkan dengan yang lebih mudah untuk mengalir. Dalam
pasaran, sediaan-sediaan semipadat dan cair harus memiliki nilai
viskositas yang sesuai dengan tujuan penggunaannya
Viskositas dan rheologi dalam bidang kefarmasian kefarmasiaan
memiliki banyak manfaat Adapun manfaat viskositas yaitu misalkan
pabrik pembuat krim k osmetik, pasta, dan lotion harus mampu
menghasilkan suatu produk yang mempunyai konsistensi dan kelembutan
yang dapat diterima oleh konsumen, untuk karakterisasi produk
sediaan farmasi (dosage form) sebagai penjaminan kualitas yang sama
untuk setiap batch, pencampuran aliran dari bahan, penuangan,
pengeluaran dari tube, atau pelewatan dari jarum suntik. Viskositas
dipengaruhi oleh beberapa hal seperti suhu, pengadukan, tekanan,
serta penambahan zat-zat lain yang umumnya bersifat sebagai
pengental. Rheologi suatu produk tertentu, yang konsistensinya
dapat berkisar dari cair ke semipadat sampai ke padatan, dapat
mempengaruhi penerimaan pasien, stabilitas fisika, dan bahkan
ketersediaan hayati. Mengingat viskositas dan rheologi sangat
penting bagi seorang farmasis, maka dalam praktikum ini, akan
dipelajari mengenai viskositas beberapa zat cair sehingga nantinya
dapat menentukan viskositas yang cocok untuk suatu sediaan.II.
RUMUSAN MASALAH2.1 Apakah arti dari viskosita dan rheologi?2.2
Bagaimana cara membedakan cairan Newton dan cairan non Newton?
2.3 Bagaimana cara menggunakan alat-alat penentuan viskosita dan
rheologi?
2.4 Bagaimana cara menentukan viskosita dan rheologi cairan
Newton dan non Newton?
III. TUJUANSetelah melakukan praktikum ini, praktikan diharapkan
mampu:
3.1. Menerangkan arti viskosita dan rheologi.
3.2. Membedakan cairan Newton dan cairan non Newton.
3.3. Menggunakan alat-alat penentuan viskosita dan rheologi.
3.4. Menentukan viskosita dan rheologi cairan Newton dan non
Newton.
IV. DASAR TEORI4.1 Viskositas
Viskositas merupakan gaya satu ukuran gesek diantara
lapisan-lapisan yang berdekatan dari suatu cairan (Martin et al,
2008). Viskositas adalah ukuran resistensi zat cair untuk mengalir.
Makin besar resistensi suatu zat cair untuk mengalir semakin besar
pula viskositanya (Ansel, 2005).
Viskositas adalah pengukuran daya tahan/hambatan suatu larutan
untuk mengalir. Meskipun molekul-molekul dalam larutan berada dalam
pergerakan acak yang konstan, tetapi kecepatannya pada arah
tertentu bernilai nol, kecuali jika diberikan suatu gaya yang
menyebabkan suatu larutan dapat mengalir. Gaya yang cukup besar
yang diperlukan untuk dapat membuat suatu larutan mengalir pada
kecepatan tertentu berhubungan dengan viskositas suatu larutan.
Aliran terjadi pada saat molekul suatu larutan saling menyalip satu
sama lain dengan kecepatan tertentu serta pada bidang tertentu pula
(Toledo, 1991).
Viskositas dinyatakan dalam simbol . Viskositas merupakan
perbandingan antara shearing stress F/A dan rate of shear dv/dx.
Satuan viskositas adalah poise atau dyne detik cm-2.
Menurut Newton:
Keterangan :
= koefisien viskositas satuan yang sering digunakan adalah
centiPoises cP ( jamak: cPs )
1 cP = 0,01 Poise
(Martin et al, 2008)
Viskositas dipengaruhi oleh:Faktor-fatoryang mempengaruhi
viskositas adalah sebagai berikut:
1. Tekanan, viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan,
sedangkan viskositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan.
2. Temperatur, viskositas akan turun dengan naiknya suhu,
sedangkan viskositas gas naik dengan naiknya suhu. Pemanasan zat
cair menyebabkan molekul-molekulnya memperolehenergi.
Molekul-molekul cairan bergerak sehingga gaya interaksi antar
molekul melemah. Dengan demikian viskositas cairan akan turun
dengan kenaikan temperatur.3. Kehadiran zat lain, penambahan gula
tebu meningkatkan viskositasair. Adanya bahan tambahan seperti
bahan suspensi menaikkan viskositas air. Pada minyak ataupun
gliserin adanya penambahan air akan menyebabkan viskositas akan
turun karena gliserin maupun minyak akan semakin encer, waktu
alirnya semakin cepat.4. Ukuran dan berat molekul, viskositas naik
dengan naiknya berat molekul. Misalnya laju aliran alkohol cepat,
larutan minyak laju alirannya lambat dan kekentalannya tinggi seta
laju aliran lambat sehingga viskositas juga tinggi.5. Berat
molekul, Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak.
Kekuatan antar molekul, viskositas air naik denghan adanya ikatan
hidrogen, viskositas CPO dengan gugus OH pada trigliseridanya naik
pada keadaan yang sama.
(Bird, 1987).Berdasarkan hukum Newton tentang sifat alir cairan,
maka tipe aliran dibedakan menjadi 2, yaitu: Cairan Newton,
cairannya mengalir mengikuti aturan-aturan viskositas. Non Newton,
aturannya tidak mengikuti aturan viskositas. Cairan biasanya
memiliki ukuran molekul yang paling besar atau mempunyai struktur
tambahan, misalnya koloid. Untuk mengalirkan cairan bukan cairan
Newton sehingga diperlukan tambahan gaya atau jika perlu memecah
strukturnya. (Wiroatmojo, 1988).Tipe aliran non-Newton terjadi pada
dispersi heterogen antara cairan dengan padatan seperti pada
koloid, emulsi, dan suspensi. Berdasarkan grafik sifat alirannya
(rheogram), cairan non Newton terbagi menjadi dua kelompok,
yaitu:a. Cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi waktu.
Kelompok ini terbagi atas tiga jenis, yaitu:
Aliran plastis
Aliran pseudoplastik
Aliran dilatan
b. Cairan yang sifat alirannya dipengaruhi waktu. Kelompok ini
terbagi atas tiga jenis, yakni:
Aliran tiksotrofik
Aliran antitiksotrofik
Aliran rheopeksi
1. Aliran Plastis
Kurva aliran plastis tidak melalui titik (0,0) tapi memotong
sumbu shearing stress (atau akan memotong jika bagian lurus dari
kurva tersebut diekstrapolasikan ke sumbu) pada suatu titik
tertentu yang dikenal dengan sebagai harga yield. Cairan plastis
tidak akan mengalir sampai shearing stress dicapai sebesar yield
value tersebut. Pada harga shearing stress di bawah harga yield
value, zat bertindak sebagai bahan elastis (meregang lalu kembali
ke keadaan semula, tidak mengalir) (Martin et al, 2008).
2. Aliran Pseudoplastis
Sebagai aturan umum, aliran pseudoplastis terjadi pada molekul
berantai panjang seperti polimer-polimer termasuk gom, tragakan,
Na-alginat, metil selulose dan karboksimetilselulose yang merupakan
kebalikan dari sistem plastis, dimana tersusun dari
partikel-partikel yang terflokulasi dalam suatu suspensi (Martin et
al, 2008).
3. Aliran Dilatan
Viskositas cairan dilatan meningkat dengan meningginya kecepatan
geser, karena terjadi peningkatan volume antar partikel sehingga
pembawa tidak lagi mencukupi. Aliran dilatan terjadi pada suspensi
yang memiliki presentase zat padat terdispersi dengan konsentrasi
tinggi. Terjadi peningkatan daya hambat untuk mengalir (viskositas)
dengan meningkatnya rate of shear. Jika stress dihilangkan, suatu
sistem dilatan akan kembali ke keadaan fluiditas aslinya (Lachman
dan Lieberman, 1994).
4. Aliran Tiksotropik
Tiksotropik didefinisikan sebagai suatu pemulihan yang isoterm
dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan
konsistensinya karena shearing. Sistem tiksotropik biasanya
mengandung partikel-partikel asimetris yang melalui berbagai titik
hubungan menyusun kerangka tiga dimensi diseluruh sampel tersebut .
Pada aliran ini, kurva menurun berada di sebelah kiri kurva menaik.
Fenomena ini umumnya dijumpai pada zat yang mempunyai aliran
plastik dan pseudoplastik. Kondisi semacam ini disebabkan karena
terjadinya perubahan struktur yang tidak segera kembali ke keadaan
semula pada saat tekanan geser diturunkan. Sifat aliran semacam ini
umumnya terjadi pada partikel asimetrik (misalnya polimer) yang
memiliki banyak titik kontak dan tersusun membentuk jaringan tiga
dimensi (Martin et al, 2008).
5. Aliran Antitiksotropik
Dalam antitiksotropi keadaan keseimbangan adalah sol. Samyn dan
Jung menyatakan antitiksotropi disebabkan oleh meningkatnya
frekuensi tumbukan dari partikel-partikel terdispersi atau
molekul-molekul polimer dalam suspensi. Hal ini akan meningkatkan
ikatan antarpartikel dengan bertambahnya waktu.
6. Aliran Rheopeksi
Rheopeksi adalah suatu gejala dimana suatu sol membentuk suatu
gel lebih cepat jika diaduk perlahan-lahan atau kalau di shear
daripada jika dibiarkan membentuk gel tersebut tanpa pengadukan
(Martin et al, 2008).
4.2 Rheologi
Kata rheologi berasal dari bahasa yunani yang terdiri dari dua
suku kata yaitu rheo yang berarti mengalir dan logos yang berarti
ilmu. Rheologi merupakan bidang ilmu yang mempelajari perubahan
sifat-sifat fisik suatu larutan (benda cair) yang berkaitan dengan
penerapan suatu energi atau gaya (forces) pada benda cair tersebut
(Martin et al, 2008). Rheologi meliputi pencampuran dan aliran dari
bahan, pemasukan ke dalam wadah, pemindahan sebelum digunakan,
apakah dicapai dengan penuangan dari botol, pengeluaran dari tube
atau pelewatan dari jarum suntik (Martin dan Swarbrick, 1990).
4.3 ViskosimeterViskosimeter adalah alat untuk menghitung nilai
viskositas atau kekentalan suatu fluida (Ridwan, 1999).
Viskosimeter dikelompokkan menjadi dua, yaitu:
1. Viskosimeter satu titik
Viskosimeter ini bekerja pada satu titik kecepatan geser,
sehingga hanya dihasilkan satu titik pada rheogram. Viskosimeter
yang termasuk ke dalam jenis ini misalnya viskosimeter kapiler,
bola jatuh, penetrometer, plate plastometer (Ridwan,1999).
Viskosimeter Bola Jatuh
Prinsip viskosimeter bola jatuh yaitu pengukuran benda kerja
berupa bola yang terbuat dari bahan yang telah ditentukan
dijatuhkan kedalam tabung yang telah diisi fluida dengan viskositas
atau kekentalan yang ditentukan (Ridwan, 1999).
Viskosita cairan dapat dihitung dengan persamaan Stokes :
Keterangan :
r : jari-jari bola (cm)
1 : bobot jenis bola
2: bobot jenis cairan
g : gaya gravitasi
v: kecepatan bola (cm.detik-1)
Persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi :
Keterangan :
B: konstanta bola
t : waktu tempuh bola jatuh (detik)2. Viskosimeter Banyak
Titik
Menggunakan viskosimeter semacam ini dapat dilakukan pengukuran
pada beberapa harga kecepatan geser sehingga diperoleh rheogram
yang sempurna. Viskosimeter yang termasuk ke dalam jenis
viskosimeter ini adalah viskosimeter rotasi tipe Stormer,
Brookfield, Rotovisco dan lain-lain. Viskosimeter
BrookfieldViskositas menunjukkan kekentalan suatu bahan yang diukur
dengan menggunakan alat viskosimeter. Penentuan sifat aliran
dilakukan menggunakan alat viskosimeter Brookfield (Wathoni dkk.,
2009). Viskositas yang baik akan memiliki nilai yang tinggi.
Semakin tinggi viskositas suatu bahan, maka bahan tersebut akan
makin stabil karena pergerakan partikel cenderung lebih sulit
dengan semakin kentalnya suatu bahan (Schmitt, 1996).
V. PROSEDUR PENELITIAN5.1 Alat dan BahanAlat
Viskometer hoeppler
Viskometer Broolfield Piknometer
Gelas beker Corong gelas TissuBahan Akuades Oleum ricini
Gliserin
Sorbitol 70%
Propilenglikol
Sediaan emulsi5.2 PROSEDUR KERJA5.2.1 Mengukur Viskosita dengan
Viskometer Falling Ball
5.2.2 Mengukur viskosita dengan viskometer Brookfield
DAFTAR PUSTAKAAnsel, C.H. 2005. Pengantar Bentuk Sediaan
Farmasi. Jakarta : UI-PressToledo, R. T. 1991. Fundamentals of Food
Process Engineering, Second Edition. New York : Van Nostrand
Remhold.Wiroatmojo. 1988. Kimia Fisika. Jakarta: DepdikbudLachman,
L., Lieberman, H.A. 1994. Teori dan Praktek Farmasi Industri. Edisi
Kedua. Jakarta: UI Press.Martin, A.J. dan A.C. Swarbrick. 1990.
Farmasi Fisik Edisi Ketiga, Buku 2. Jakarta: UI Press.Ridwan. 1999.
Mekanika Fluida Dasar. Jakarta:
Gunadarma.Wathoni,N.,Soebagio,B.,dan Rikhardus Rafael Kolo Meko.
2009. PROFIL ALIRAN DISPERSI PATI UBI JALAR (Ipomea batatas(L).
Farmaka Vol.7(2)
Schmitt, W.H. and Williams, D.F. 1996. Cosmetics And Toiletries
Industry, 2nd Ed. London: Blackie Academy and Profesional.
Neuwald,F. 1966. Rheological Studies Of New Cream Bases With The
Brookfield Synchro-Lectric Viscometer. J. Soc. Cosmetic Chemists
Vol.17: p213-233.
Bird, Tony. 1987. Kimia Fisik untuk Universitas. Jakarta:
GramediaMartin, A. 2008. Farmasi Fisik Dasar-Dasar Kimia Fisik
dalam Ilmu Farmasetik. Jakarta: Penerbit Universitas
Indonesia.Martin, A.N., J. Swarbrick, A. Cammarata. 2006. Physical
Pharmacy, 5th ed. Philadelphia: Lea & Febiger.Martin, A.,1993.
Physical Pharmacy. Fourth ed. Philadelphia: Lea & Febiger.
pp
F/A = dv/dx
F/A = dv/dx
= EMBED Equation.3
Gambar 1. Rheogram Plastik (Martin et al, 2008).
Gambar 2. Rheogram pseudoplastik (Martin, 1993)
Gambar 3. Rheogram Dilatan (Martin, 1993)
Gambar 4. Rheogram Tiksotropik (Martin et al, 2006)
Gambar 5. Rheogram Aliran Antitiksotropik (Martin et al,
2008)
Gambar 6. Rheogram Rheopeksi (Martin, 1993)
= EMBED Equation.3
= B (1 2) t
Gambar 7. Viskosimeter Brookfield (Neuwald, 1966)
Diisi tabung yang ada didalam alat dengan cairan yang akan
diukur viskositasnya sampai hampir penuh.
Dimasukkan bola yang sesuai.
Ditambahkan cairan sampai tabung penuh dan ditutup sedemikian
rupa sehingga tidak terdapat gelembung udara di dalam tabung.
Apabila bola sudah turun melampaui garis awal, bola dikembalikan
ke posisi semula dengan cara membalikkan tabung.
Dicatat waktu tempuh bola melalui tabung mulai dari garis m1
sampai m3 dalam detik.
Ditentukan bobot jenis cairan dengan menggunakan piknometer.
Dihitung viskosita cairan dengan menggunakan rumus yang telah
diberikan.
Diatur waterpass pada alat terlebih dahulu hingga gelembung
tepat berada di tengah lingkaran.
Dipasang spindel no. 2 pada gantungan spindel.
Diturunkan spindel sedemikian rupa sehingga batas spindel
tercelup ke dalam cairan yang akan diukur viskositasnya.
Dipasangkan stop kontak pada alat
Diatur kecepatan dan nomor spindel yang digunakan. Dilakukan
pengamatan pada minimal 5 titik kecepatan dan diamati angka yang
dihasilkan pada alat pada rentang 10-100%.
Dihidupkan motor sambil menekan tombol on. Dibiarkan spindel
berputar dan diperhatikan angka yang tertera pada alat.
Dengan mengubah-ubah ppm, akan diperoleh viskosita cairan pada
berbagai cPs.
Untuk mengetahui sifat aliran, dibuat kurva antara rpm dengan
usaha yang dibutuhkan untuk memutar spindel.
13
_1332257699.unknown
_1332257701.unknown