UNIMED Undergraduate 22371 BAB II

7BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Senyawa ZnOKebanyakan metaloid dan non logam dapat membentuk senyawa biner

dengan zinc, terkecuali gas mulia. Oksida ZnO merupakan bubuk berwarna putihyang hampir tidak larut dalam larutan netral. Ia bersifat amfoter dan dapat larutdalam larutan asam dan basa kuat. Dalam larutan basa lemah yang mengandungion Zn2+, hidroksida dari seng Zn(OH)2 terbentuk sebagai endapan putih. Dalamlarutan yang lebih alkalin, hidroksida ini akan terlarut dalam bentuk [Zn(OH)4]2-Senyawa nitrat Zn(NO3)2, klorat Zn(ClO3)2, sulfat ZnSO4, fosfat Zn3(PO4)2,molibdat ZnMoO4, sianida Zn(CN)2, arsenit Zn(AsO2)2, arsenat Zn(AsO4)2.8H2Odan kromat ZnCrO4 merupakan beberapa contoh senyawa anorganik zinc. Salahsatu contoh senyawa organik paling sederhana dari zinc adalah senyawa asetatZn(COOCH3)2.

Tabel 2.1 Karakterisasi ZnOKarakterisasi

Rumus molekul ZnOMassa molar (berat molekul) 81,408 g / molPenampilan Putih solidBau tanpa bauKepadatan 5,606 g / cm 3Titik lebur (melting point) 1975 C (terurai)Titik didih (boiling point) 2360 CKelarutan dalam air 0,16 mg/100 mL (30 C)Band gap 3,3 eVIndeks bias (n D) 2.0041(Wikipedia, 2011)

8Suatu ion (molekul) kompleks terdiri dari suatu atom pusat dengansejumlah ligan yang terikat pada atom pusat tersebut. Banyaknya ligan yangterikat dengan atom pusat dinyatakan dengan bilangan koordinasi. Denganmemberlakukan hukum aksi massa maka dapat dinyatakan tetapan disosiasi atautetapan ketidakstabilan kompleks (instabilitas). Semakin tinggi nilai tetapanketidakstabilan larutan, Kinst semakin besar kemungkinan hasil kali kelarutanendapan, maka endapan akan mulai terbentuk.

Pembentukn ZnO melibatkan beberapa tahap yaitu zinc asetat dipisahkansebagai berikut :

Zn(CH3COO)2 Zn2+ + 2CH3COOH- .............. (1)Salah satu faktor yang berpengaruh dalam proses pengendapan ZnO

adalah keasaman medium elektrolit. Pengaturan pH larutan elektrolit dilakukandengan penambahan amonium hidroksida. Pada proses ini, amonium hidroksidaterurai menjadi :

NH4OH NH4+ + OH- .............. (2)Dengan pencampuran dari kedua bahan diatas, maka dapat terbentuk

endapan Zn(OH)2, kemudian Zn(OH)2 bereaksi dengan molekul air untukmembentuk pertumbuhan unit Zn(OH)42- dan ion hidrogen (2H+) sebagai berikut :

Zn(OH)2 + 2H2O Zn(OH)42- + 2H+ ............... (3)Zn(OH)42- ZnO + H2O + 2 OH- ................(4)

2.1.1 Sifat fisik ZnOa. Sifat mekanikZnO adalah material yang relatif lunak dengan kekerasan perkiraan 4,5

pada skala Mohs. Konstanta elastisnya lebih kecil dari semikonduktor III-V,seperti GaN. Kapasitas panas dan konduktivitas panasnya tinggi, ekspansi termalrendah dan suhu lebur ZnO tinggi yang bermanfaat untuk keramik.

Di antara semikonduktor tetrahedral, ZnO memiliki tensor piezoelektriktertinggi atau setidaknya sebanding dengan GaN dan AlN. Sifat ini membuat

9bahan ini merupakan teknologi penting bagi banyak aplikasi piezoelektrik , yangmembutuhkan elektromekanis dengan kopling yang besar.

b. Struktur kristalSeng oksida mengkristal dalam tiga bentuk : wurtzite heksagonal,

zincblende kubik, dan jarang diamati kubik rocksalt. Struktur wurtzite palingstabil dan dengan demikian yang paling umum pada kondisi stabil. Bentukzincblende dapat distabilkan dengan ZnO yang tumbuh pada substrat denganstruktur kisi kubik. Dalam kedua kasus, seng dan oksida tetrahedral. Pada jenisrocksalt, struktur NaCl ini hanya diamati pada tekanan relatif tinggi - ~ 10 Gpa.Kisi ZnO heksagonal dan zincblende tidak memiliki simetri inversi (refleksi darikristal relatif pada suatu titik tertentu tidak mengubahnya menjadi dirinya sendiri).Kisi simetri lainnya mempunyai sifat piezoelektrik menghasilkan blende yangheksagonal.

Struktur heksagonal memiliki grup jalur 6 mm (Hermann-Mauguin notasi)atau C6v (Schoenflies notasi), dan kelompok ruang P63 mc atau C6v. Konstanta kisia = 3,25 dan c = 5,2 ; rasio c / a ~ 1,60 dekat dengan nilai yang ideal untuk selheksagonal c / a = 1,633. Kebanyakan pada golongan II-VI, dalam ZnO sebagianbesar adalah ikatan ion, yang menjelaskan kuat piezoelektrik. Karena bidangionicity ini, seng dan oksigen bermuatan listrik (positif dan negatif). Oleh karenaitu, untuk menjaga netralitas listrik, bidang-bidang kembali pada tingkat atomdalam bahan relatif besar, tapi tidak dalam ZnO, permukaannya adalah atomdatar, stabil dan menunjukkan tidak ada rekonstruksi. Anomali ZnO ini belumsepenuhnya dijelaskan.

10

Struktur wurtzite Struktur Zinc blendeGambar 2.1 Struktur ZnO (Behera, 2008)

2.1.2 Sifat kimia ZnOZnO terjadi sebagai bubuk putih umumnya dikenal sebagai seng putih atau

sebagai zincite mineral. Mineral yang biasanya berisi sejumlah unsur mangan danlainnya dan umumnya berwarna kuning hingga merah. Kristal seng oksidaberubah dari putih ke kuning bila dipanaskan dan di udara beralih ke putih padaproses pendinginan. Hal ini disebabkan oleh kerugian yang sangat kecil darioksigen pada suhu tinggi untuk membentuk non-stoikiometrik Zn1 + xO, di manapada 800C, x = 0,00007. Seng oksida adalah oksida amfoter yaitu hampir tidaklarut dalam air dan alkohol, tetapi larut dalam (terdegradasi oleh) kebanyakanasam, seperti asam klorida:ZnO + 2 HCl ZnCl2 + H2O:Juga reaksinya terhadap basa dapat dilihat dari reaksi di bawah ini:ZnO + 2NaOH + H2O Na2(Zn(OH)4)

ZnO bereaksi lambat dengan asam lemak dalam minyak untukmenghasilkan karboksilat yang sesuai, seperti oleat atau stearat. ZnO berbentukserbuk bila dicampur dengan larutan berair dari seng klorida yang pekat dan inipaling baik sebagai hidroksi zinc klorida. Ini dapat digunakan dalam kedokterangigi. ZnO juga membentuk serbuk seperti jika direaksikan dengan asam fosfat,dan ini membentuk dasar zinc fosfat digunakan dalam kedokteran gigi.Komponen utama zinc fosfat yang dihasilkan oleh reaksi ini adalah hopeite, Zn3(PO4) 2.4H2O.

11

ZnO terurai menjadi uap seng dan oksigen hanya pada sekitar 1975C,cukup mencerminkan stabilitas. Pemanasan dengan karbon mengubah oksidamenjadi uap seng:ZnO + C Zn + CO

2.1.3 Sifat Optik ZnOZnO memiliki band gap relatif besar dari ~3,3 eV pada suhu kamar,

karena itu ZnO murni tidak berwarna dan transparan. Keuntungan yang terkaitdengan band gap yang besar termasuk tegangan yang tinggi, kemampuan untukmempertahankan medan listrik yang besar, suara elektronik yang lebih rendah,dan suhu yang tinggi dan tingginya daya operasi. Celah pita ZnO lebih lanjutdapat disetel dari ~3-4 eV oleh paduan dengan magnesium oksida atau oksidakadmium. Kebanyakan ZnO memiliki karakteristik tipe-n, bahkan tanpa adanyapendopingan.

Pendopingan tipe-n mudah dicapai dengan menggantikan Zn dengankelompok unsur golongan III yaitu Al, Ga, In atau menggantikan oksigen dengankelompok unsur golongan VII yaitu klorin atau yodium. Pendopingan ZnO yangmemiliki karakteristik tipe-p sulit dilakukan. Masalah ini berasal dari dopan tipe-p dengan kelarutan yang rendah dan itu adalah tidak hanya berlaku untuk ZnO,tetapi juga untuk senyawa seperti GaN dan ZnSe.

Adanya ZnO tipe-p tidak membatasi aplikasi elektronik dan aplikasioptoelektronik yang biasanya membutuhkan sambungan tipe-n dan material jenisp. Dikenal dopan tipe-p yaitu termasuk kelompok unsur Li, Na, K, kelompok-Vunsur N, P dan As; serta tembaga dan perak. Mobilitas elektron ZnO sangatbervariasi terhadap suhu dan memiliki maksimum ~ 2000 cm2/ (V S) pada~ 80Kelvin. Data mobilitas lubang dengan nilai dalam kisaran 5 -30 cm2/ (VS).(Behera, 2008)

2.1.4 Aplikasi ZnOAplikasi bubuk seng oksida sangat banyak, dan yang utama adalah

diringkas di bawah ini. Kebanyakan aplikasi mengeksploitasi reaktivitas oksida

12

sebagai prekursor untuk senyawa seng lainnya. Untuk aplikasi ilmu material, sengoksida memiliki indeks bias tinggi, konduktivitas panas yang tinggi, dan materialperlindungan dari UV. Karena itu, seng oksida dapat ditambahkan ke dalamberbagai bahan dan produk, termasuk plastik, keramik, kaca, semen, karet,pelumas, cat, salep, perekat, pigmen, makanan, baterai, dll.

1. Industri karetSekitar 50% dari penggunaan ZnO dalam industri karet. Seng oksida

bersama dengan asam stearat mengaktifkan vulkanisasi, yang dinyatakan tidakmungkin terjadi sama sekali. Seng oksida dan asam stearat adalah bahan dalampembuatan karet. Campuran dua senyawa memungkinkan karet lebih cepat danlebih terkendali. ZnO juga merupakan bahan aditif untuk karet ban mobil.Vulkanisasi katalis berasal dari seng oksida, dan itu sangatmeningkatkan konduktivitas termal , yaitu sangat penting untuk mengurangi panasyang dihasilkan oleh deformasi ketika ban berputar. Zat aditif ZnO jugamelindungi karet dari jamur (lihat aplikasi medis) dan sinar UV.

2. KedokteranSeng oksida sebagai campuran dengan sekitar 0,5% besi (III) oksida

(Fe 2 O 3) disebut kalamin digunakan dalam lotion kalamin. Ada juga duamineral, zincite dan hemimorphite, disebut kalamin.

Partikel ZnO merupakan partikel oksida yang dapat menghilangkan baudan antibakteri dan juga dapat ditambahkan ke dalam berbagai bahan termasukkain katun, karet, kemasan makanan, dll..

Seng oksida banyak digunakan untuk mengobati berbagai jenis kondisikulit, seperti produk bedak bayi dan krim pelindung, krim kalamin, shampo anti-ketombe , dan salep antiseptik. Zinc oksida juga dapat digunakan oleh atletsebagai perban untuk mencegah kerusakan jaringan lunak selama latihan.

Ketika digunakan sebagai bahan dalam tabir surya , seng oksida hanyaberada di permukaan kulit dan tidak terserap ke dalam kulit, dan melindungi darikedua sinar UVA (320-400 nm) dan UVB (280-320 nm) yang merupakan sinar

13

ultraviolet . Karena seng oksida (juga pada umumnya, titanium dioksida ) tidakterserap ke dalam kulit, maka material ini tidak menyebabkan iritasi.

3. Filter rokokZinc oksida merupakan konstituen dari filter rokok untuk menghilangkan

komponen berbahaya dari asap tembakau. Sebuah filter yang terdiri dari arangdengan seng oksida dan besi oksida untuk menghilangkan HCN dan H2S dari asaptembakau tanpa mempengaruhi rasanya.

4. PigmenSeng putih digunakan sebagai pigmen dalam cat. Hal ini juga digunakan

dalam pelapis untuk kertas. Seng oksida juga merupakan bahan utama dalampembuatan bahan mineral pada make-up.

5. LapisanCat yang mengandung bubuk seng oksida telah lama digunakan sebagai

pelapis anti korosi untuk berbagai macam logam. Terutama lebih efektif untukbesi galvanis. Namun terakhir-terakhir ini sulit digunakan untuk melindungikarena reaktivitas dari coating organik yang menyebabkan kerapuhan dankurangnya kemampuan adhesi. Namun cat yang mengandung seng oksida dapatmempertahankan fleksibilitas pada permukaan selama bertahun-tahun.

ZnO tipe-n yang didoping dengan Al, Ga. Dalam kondisi transparan dankonduktif ( transparansi ~ 90%, terendah resistivitas 10 -4 ~ cm). ZnO denganbahan pelapis Al digunakan melindungi jendela dari panas. Lapisan inimemungkinkan bagian terlihat dari spektrum yang mencerminkan radiasiinframerah (IR) ke dalam ruangan (hemat energi) dan tidak membiarkan radiasiIR ke ruang (perlindungan panas), tergantung pada sisi mana jendela dilapisi.

Berbagai plastik, seperti polietilen naphthalate (PEN), dapat dilindungidengan menerapkan lapisan seng oksida. Lapisan ini akan mengurangi difusioksigen dengan PEN. Lapisan seng oksida juga dapat digunakanpada polikarbonat (PC) dalam aplikasi luar ruangan. Lapisan ini melindungi PCdari bentuk radiasi matahari dan menurunkan laju oksidasi seperti pada foto yangmenguning dari PC. (Wikipedia, 2011)

14

2.2 NanopartikelNanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa dalam menciptakan material,

struktur fungsional, maupun piranti alam skala nanometer. Material berukurannanometer memiliki sejumlah sifat kimia dan fisika yang lebih unggul darimaterial berukuran besar (bulk). Disamping itu material dengan ukuran nanometermemiliki sifat yang kaya karena menghasilkan sifat yang tidak dimiliki olehmaterial ukuran besar. Sejumlah sifat tersebut dapat diubah-ubah dengan melaluipengontrolan ukuran material, pengaturan komposisi kimiawi, modifikasipermukaan, dan pengontrolan interaksi antar partikel. Material nanopartikeladalah material-material buatan manusia yang berskala nano yaitu lebih kecil dari100 nm, termasuk di dalamnya adalah nanodot atau quantum dot, nanowire dancarbon nanotube. (Abdullah, 2008).

Selain nanopartikel juga dikembangkan material nanostruktur, yaitumaterial yang tersusun oleh beberapa material nanopartikel. Untuk menghasilkanmaterial nanostruktur maka partikel-partikel penyusunnya harus diproteksisehingga apabila partikel-partikel tersebut digabung menjadi material yangberukuran besar maka sifat individualnya dipertahankan. Sifat materialnanostruktur sangat bergantung pada (a) ukuran maupun distribusi ukuran, (b)komponen kimiawi unsur-unsur penyusun material tersebut, (c) keberadaaninterface (grain boundary), dan (d) interaksi antar grain penyusun materialnanostruktur.

Quantum dot adalah material berukuran kurang dari 100 nanometer yangmengurung elektron secara 3-dimensi, baik arah x, y dan z. Hal ini dimungkinkankarena diameter dari quantum dot tersebut sebanding dengan panjang gelombangdari elektron. Bahkan, disebut bahwa quantum dot ini merupakan atom buatan(artificial atom). Nanowire adalah material berukuran nanometer yang dapatmengurung elektron secara 2-dimensi dan bebas bergerak di dimensi yang ketiga,yaitu ke depan atau ke belakang. (Astuti, 2007)

15

2.2.1 Nanopartikel ZnOSeng oksida adalah senyawa anorganik dengan rumus kimia ZnO. Ini

biasanya muncul sebagai bubuk putih, hampir tidak larut dalam air. Secara umumserbuk ini digunakan sebagai aditif dalam membuat banyak produk termasukplastik, keramik, kaca, semen, karet (misalnya, ban mobil), pelumas, cat, salep,lem, pigmen, makanan (sumber nutrisi ), baterai, ferit, dll. ZnO terdapat dalamkerak bumi sebagai mineral zincite. Namun, ZnO yang digunakan secarakomersial adalah diproduksi secara sintetis.

Dalam ilmu material , ZnO adalah semikonduktor dengan lebar celah pitadari II-VI semikonduktor kelompok (karena seng dan oksigen terdapat masing-masing pada golongan 2 dan 6 dari tabel periodik). Doping asli darisemikonduktor (karena kekosongan oksigen) adalah tipe-n. Semikonduktor inimemiliki beberapa sifat menguntungkan: transparansi yang baik, mobilitaselektron yang tinggi , celah pita yang lebar , luminescence yang kuat pada suhuruang, dll. ZnO sudah digunakan dalam berbagai aplikasi yaitu untuk menyimpanenergi atau melindungi jendela dari panas, dan aplikasi elektronik ZnO sebagaithin-film transistor dan dioda pemancar cahaya yang telah ada mulai tahun 2009.

Gambar 2.2 Nanopartikel ZnO (Wikipedia, 2011)2.2.2 Metode Pembuatan Nanopartikel

Sintesis nanopartikel dapat dilakukan dalam fasa padat, cair, maupun gas.Proses sintesis pun dapat berlangsung secara fisika atau kimia. Proses sintesissecara fisika tidak melibatkan reaksi kimia. Yang terjadi hanya pemecahanmaterial besar menjadi material berukuran nanometer, atau pengabunganmaterial berukuran sangat kecil, seperti kluster, menjadi partikel berukuran

16

nanometer tanpa mengubah sifat bahan. Proses sintesis secara kimia melibatkanreaksi kimia dari sejumlah material awal (precursor) sehingga dihasilkanmaterial lain yang berukuran nanometer. Contohnya adalah pembentukannanopartikel garam dengan mereaksikan asam dan basa yang bersesuaian.

Secara umum, sintesis nanopartikel akan masuk dalam dua kelompokbesar, yaitu:

a. Top-downMetode top-down (pengecilan ukuran) adalah memecah partikel berukuran

besar menjadi partikel berukuran nanometer. Metoda yang digunakan padaproses top-down antara lain:

- Pearl/Ball Milling- High-pressure homogenization- Lithography/etchingb. Bottom-upMetode Bottom-up (penyusunan atom-atom) adalah memulai dari atom-atom

atau molekul-molekul atau kluster-kluster yang diassembli membentuk partikelberukuran nanometer yang dikehendaki. Metode pembuatan partikel nano terdiriatas beberapa proses kimia dan fisika, yang meliputi:

1. Proses wet chemical, yaitu proses presipitasi seperti: kimia koloid,metoda hidrotermal, dan proses sol-gel. Proses ini intinya mencampurion-ion dengan jumlah tertentu dengan mengontrol suhu dan tekananuntuk membentuk insoluble material yang akan terbentuk endapan.Endapan dikumpulkan dengan cara penyaringan atau spray drying untukmendapatkan butiran kering.

2. Mechanical process, termasuk grinding, milling, dan teknik mechanicalalloying. Intinya material ditumbuk secara mekanik untuk membentukpartikel yang lebih halus.

3. Form-in-place process, seperti lithography, vacum deposition process,dan spray coating. Proses ini spesifik untuk membuat nanopartikelcoating.

17

4. Gas-phase synthesis, termasuk didalamnya adalah mengontrolperkembangan carbon nanotube dengan proses catalytic crackingterhadap gas yang penuh dengan karbon seperti methan. (Rosmayati,2010)

Gambar 2.3Metode sintesis nanopartikel (Abdullah, 2008)

2.2.3 Pembuatan Nanopartikel ZnOa. Proses tidak langsung (Prancis)Logam seng dilebur dalam wadah grafit dan menguap pada suhu di atas 907C

(biasanya sekitar 1000 C). Uap seng seketika itu akan bereaksi dengan oksigendi udara dan disertai dengan penurunan suhu. Partikel seng oksida diangkut kedalam saluran pendingin dan dikumpulkan dalam sebuah wadah. Metode tidaklangsung ini dipopulerkan oleh LeClaire (Prancis) pada tahun 1844 dan karena ituumumnya dikenal sebagai proses Prancis. Produk ini biasanya terdiri dari partikelseng oksida diaglomerasi dengan ukuran rata-rata 0,1 sampai beberapa

18

mikrometer. Sebagian besar seng oksida didunia diproduksi melalui prosesPrancis.

b. Proses langsung (Amerika)Dalam proses langsung, bahan awal adalah berbagai seng terkontaminasi,

seperti bijih seng. Hal ini dikurangi dengan cara pemanasan dengan bahan aditifkarbon (misalnya antrasit) untuk menghasilkan uap seng, yang kemudianteroksidasi seperti dalam proses tidak langsung. Karena kemurnian lebih rendahdari sumber bahan tersebut, maka produk akhir juga memiliki kualitas yang lebihrendah dalam proses langsung.

c. Proses kimia basahProses kimia basah di mulai dengan cara memurnikan larutan seng,

dimana seng karbonat atau seng hidroksida diendapkan. Selanjutnya disaring,dicuci, dikeringkan dan dikalsinasi pada suhu ~ 800 C.

d. Sintesis laboratorium

Gambar 2.4 Kristal ZnO

Sebagian besar metode produksi ZnO adalah digunakan untuk studi ilmiahdan aplikasi elektronik. Metode-metode ini dapat diklasifikasikan oleh bentukZnO yang dihasilkan (film tipis, nanowire ), suhu ("rendah", yang dekat dengansuhu kamar atau "tinggi", yaitu T ~ 1000 C), jenis proses (deposisi uap ataupertumbuhan dari larutan) dan parameter lainnya.

Seng oksida biasanya berupa bubuk putih yang dapat diproduksi dilaboratorium dengan mengelektrolisis larutan natrium bikarbonat dengan anodaseng. Seng hidroksida dan gas hidrogen yang dihasilkan pada saat pemanasanterurai menjadi oksida seng. (Wikipedia, 2011).

19

Zn + 2 H2O Zn (OH)2 + H2Zn (OH)2 ZnO + H2O

2.3 Metode kopresipitasiMetode kopresipitasi merupakan salah satu metode sintesis senyawa

anorganik yang didasarkan pada pengendapan lebih dari satu substansi secarabersamasama ketika melewati titik jenuh. Kopresipitasi merupakan metode yangmenjanjikan karena prosesnya menggunakan suhu rendah dan mudah untukmengontrol ukuran partikel sehingga waktu yang dibutuhkan relatif lebih singkat.Beberapa zat yang paling umum digunakan sebagai zat pengendap dalamkopresipitasi adalah hidroksida, karbonat, sulfat dan oksalat.

Pada kopresipitasi material-material dasar diendapkan bersama secarastoikiometri dengan reaktan tertentu. Suatu partikel bulat haruslah berdiameterlebih besar 10-6 m agar mengendap dalam larutan sebagai endapan. Metode yangdilakukan adalah dengan tahap pelarutan dengan aquades, pengeringan danpencucian. Koprepitasi termasuk rekristalisasi dimana ada tujuh metode dalamrekristalisasi yaitu: memilih pelarut, melarutkan zat terlarut, menghilangkanwarna larutan, memindahkan zat padat, mengkristalkan larutan, mengumpul danmencuci kristal, mengeringkan produknya (hasil).

Ada beberapa hal yang dapat dilakukan analis untuk meminimalkankopresipitasi bersama endapan kristal. Ion pengotor akan hadir dalam konsentrasiyang lebih rendah selama pengendapan. Bila zat cair didinginkan, gerakantranslasi molekul-molekul menjadi lebih kecil dan gaya molekul lebih besar.Hingga setelah pengkristalan molekul mempunyai kedudukan tertentu dalamkristal. Panas yang terbentuk pada pengkristalan disebut panas pengkristalan.Selama pengkristalan temperatur tetap, disini terjadi kesetimbangan terperaturakan turun lagi pengkristalan selesai. Peristiwa kebalikan dari pengkristalandisebut peleburan. (Khairiah, 2011)

20

2.4 Karakterisasi Nanopartikel ZnO2.4.1 PSA (Particle Size Analyzer)

Ada beberapa cara yang bisa digunakan untuk mengetahui ukuran suatupartikel yaitu:

1. Metode ayakan (Sieve analyses)2. Laser Diffraction (LAS)3. Metode sedimentasi4. Electronical Zone Sensing (EZS)5. Analisa gambar (mikrografi)6. Metode kromatografi7. Ukuran aerosol submikron dan perhitunganSieve analyses (analisis ayakan) dalam dunia farmasi sering kali digunakan

dalam bidang mikromeritik. Yaitu ilmu yang mempelajari tentang ilmu danteknologi partikel kecil. Metode yang paling umum digunakan adalah analisagambar (mikrografi). Metode ini meliputi metode mikroskopi dan metodeholografi. Alat yang sering digunakan biasanya SEM, TEM dan AFM. Namunseiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan yang lebih mengarah ke erananoteknologi, para peneliti mulai menggunakan Laser Diffraction (LAS). Metodeini dinilai lebih akurat untuk bila dibandingkan dengan metode analisa gambarmaupun metode ayakan (sieve analyses), terutama untuk sample-sampel dalamorde nanometer maupun submikron. (Lusi, 2011)

Contoh alat yang menggunakan metode LAS adalah particle size analyzer(PSA).Metode LAS bisa dibagi dalam dua metode:1. Metode basah: metode ini menggunakan media pendispersi untuk

mendispersikan material uji.2. Metode kering: metode ini memanfaatkan udara atau aliran udara untuk

melarutkan partikel dan membawanya ke sensing zone. Metode ini baikdigunakan untuk ukuran yang kasar, dimana hubungan antarpartikel lemahdan kemungkinan untuk beraglomerasi kecil.Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA biasanya menggunakan

metode basah. Metode ini dinilai lebih akurat jika dibandingkan dengan metode

21

kering ataupun pengukuran partikel dengan metode ayakan dan analisa gambar.Terutama untuk sampel-sampel dalam orde nanometer dan submicron yangbiasanya memliki kecenderungan aglomerasi yang tinggi. Hal ini dikarenakanpartikel didispersikan ke dalam media sehingga partikel tidak salingberaglomerasi (menggumpal). Dengan demikian ukuran partikel yang terukuradalah ukuran dari single particle. Selain itu hasil pengukuran dalam bentukdistribusi, sehingga hasil pengukuran dapat diasumsikan sudah menggambarkankeseluruhan kondisi sampel. Beberapa analisa yang dilakukan, antara lain:1) Menganalisa ukuran partikel.2) Menganalisa nilai zeta potensial dari suatu larutan sample3) Mengukur tegangan permukaan dari partikel clay bagi industri keramik dan

sejenisnya. Dimana hal ini akan berpengaruh pada struktur lapisan clay.Struktur lapisan clay ini sangat berpengaruh pada metode slip casting.

4) Mengetahui zeta potensial coagulant untuk proses coagulasi partikelpengotor bagi industri WTP (Water Treatment Plant)

5) Mengetahui ukuran partikel tegangan permukaan dari densitas pada emulsiyang digunakan pada produk-produk industri beverage.Keunggulan penggunaan Particle Size Analyzer (PSA) untuk mengetahui

ukuran partikel:1) Lebih akurat. Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA lebih akurat

jika dibandingkan dengan pengukuran partikel dengan alat lain seperti XRDataupun SEM. Hal ini dikarenakan partikel didispersikan ke dalam mediasehingga ukuran partikel yang terukur adalah ukuran dari single particle.

2) Hasil pengukuran dalam bentuk distribusi, sehingga dapat menggambarkankeseluruhan kondisi sample.

3) Rentang pengukuran dari 0,6 nanometer hingga 7 mikrometer. (Rusli, 2011)

22

Gambar 2.5 Instrumentasi PSA

Hasil uji PSA

Gambar 2.6 Ukuran partikel ZnO dengan variasi pH

23

Ukuran kristal ZnO berkisar dari 18,37-25,36 nm. Ukuran kristal terbesar (25,36nm) terjadi pada pH 9, dan ukuran terkecil (18,37 nm) terjadi pada pH 11. Ukuranpartikel lebih besar dibandingkan dengan ukuran kristal. Ukuran partikel berkisarantara 36,65-49,98 nm, ~ 25 nm lebih besar dari ukuran kristal. Particle SizeAnalysis mengungkapkan bahwa ukuran partikel terbesar (49,98 nm) terjadi padapH 8, dan ukuran partikel terkecil (36,65 nm) terjadi pada pH 11. Ukuran kristaldan partikel yang berbanding terbalik dengan nilai pH. Ukuran kristal dan partikelZnO dapat dilihat pada Tabel di bawah.

Tabel 2.2 Perbandingan antara ukuran kristal dan partikel ZnOpH Ukuran kristal (nm) Ukuran partikel (nm)8 24,96 49,989 25,36 48,3110 21,87 38,3211 18,37 36,65

(Alias, dkk., 2010)

2.4.2 XRD (X-Ray Diffraction)Difraksi sinar-X digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal suatu

padatan dengan membandingkan nilai jarak d (bidang kristal) dan intensitaspuncak difraksi dengan data standar. Sinar-X merupakan radiasi elektromagnetikdengan panjang gelombang sekitar 100 pm yang dihasilkan dari penembakkanlogam dengan elektron berenergi tinggi.

24

C

CA d

BGambar 2.7 Difraksi sinar-X suatu kristal

Melalui analisis XRD diketahui dimensi kisi (d = jarak antar bidang) dalamstruktur mineral. Sehingga dapat ditentukan apakah suatu material mempunyaikerapatan yang tinggi atau tidak, dan difraksi sinar-X suatu kristal seperti padagambar 2.7. Hal ini dapat diketahui dari persamaan Bragg yaitu nilai sudutdifraksi yang berbanding terbalik dengan nilai jarak d (jarak antar kisi) dalamkristal. Sesuai dengan persamaan Bragg :

n. = 2dhkl . sin (Raghavan,V., 1989)dengan : d = jarak antar bidang

= sudut pengukuran (sudut difraksi) = panjang gelombang sinar-X

Difraksi sinar-X hanya akan terjadi pada sudut tertentu sehingga suatu zatakan mempunyai pola difraksi tertentu. Pengukuran kristalinitas relatif dapatdilakukan dengan membandingkan jumlah tinggi puncak pada sudut-suduttertentu dengan jumlah tinggi puncak pada sampel standar.

Di dalam kisi kristal, tempat kedudukan sederetan ion atau atom disebutbidang kristal. Bidang kristal ini berfungsi sebagai cermin untuk merefleksikansinar X yang datang. Posisi dan arah dari bidang kristal ini disebut Indeks Miller.Setiap kristal memiliki bidang kristal dengan posisi dan arah yang khas, sehinggajika disinari dengan sinar-X pada analisis XRD akan memberikan difraktogramyang khas pula.

25

Pada grafik XRD dapat kita tentukan parameter-parameter sebagai berikut:1. Posisi puncak difraksi memberikan gambaran tentang parameter kisi (a),

jarak antar bidang (dhkl), struktur kristal dan orientasi dari sel satuan (dhkl)struktur kristal dan orientasi dari sel satuan.

2. Intensitas relatif puncak difraksi memberikan gambaran tentang posisi atomdalam sel satuan.

3. Bentuk puncak difraksi memberikan gambaran tentang ukuran kristalit danketidaksempurnaan kisi. dhkl) dikelompokkan dalam beberapa grup, denganintensitas relative paling tinggi pertama disebut d1, kedua d2, ketiga d3 danseterusnya. (Aji, 2009)

Gambar 2.8 XRD (X-Ray Difraction)

26

Hasil Uji XRD

Gambar 2.9 Pola XRD ZnO berdasarkan variasi PH

Pada analisis XRD, terdapat struktur kristal yang berbentuk heksagonalwurtzite dari endapan yang telah dikeringkan menjadi bubuk putih halus ZnO.Puncak yang diamati dari pola intensitas yang dikaitkan dengan struktur Kristalheksagonal tersebut yaitu dengan konstanta sel: a=3,249 dan c=5,205. (Alias,dkk., 2010: 231-237)

27

Gambar 2.10 Pola XRD nanopartikel yang dihasilkan dengan variabelkonsentrasi Zn(CH3COO)2.2H2O dan konsentrasi LiOH.H2O 0,23M

XRD digunakan untuk mengetahui kristalinitas nanokomposit ZnO yangdihasilkan dengan menggunakan metode sol-gel, dimana derajat kristalinitasnyacukup tinggi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.10. Gambar tersebutmemiliki intensitas yang cukup tinggi dengan bentuk puncak yang tajam. Jikadibandingkan dengan data JCPDS, maka dapat disimpulkan bahwa partikel yangterbentuk adalah kristal ZnO dengan morfologi heksagonal.

Konsentrasi Zn(CH3COO)2.2H2O 0,15 M menghasilkan peak yang lebihpendek dibandingkan dengan konsentrasi 0,1 M.Ini menunjukkan bahwa semakinbesar konsentrasi Zn(CH3COO)2.2H2O, semakin optimum kristalinitas dari ZnOyang dihasilkan serta semakin kecil pula ukuran partikelnya. (Winardi, dkk.,2011: 265-269)

28

2.4.3 Scanning Electron Microscopy (SEM)Scanning Electron Microscopy (SEM) adalah salah satu jenis mikroskop

elektron yang menggunakan berkas elektron untuk menggambar profil permukaanbenda. Prinsip kerja SEM adalah menembakkan permukaan benda dengan berkaselektron berenergi tinggi. Permukaan benda yang dikenai berkas akanmemantulkan kembali berkas tersebut atau menghasilkan elektron sekunder kesegala arah. Tetapi ada satu arah di mana berkas dipantulkan dengan intensitastertinggi. Detektor di dalam SEM mendeteksi elektron yang dipantulkan danmenentukan lokasi berkas yang dipantulkan dengan intensitas tertinggi. Arahtersebut memberikan informasi profil permukaan benda seperti seberapa landaidan ke mana arah kemiringan. Syarat agar SEM dapat menghasilkan citra yangtajam permukaan benda harus bersifat sebagai pemantul elektron atau dapatmelepaskan elektron sekunder ketika ditembak dengan berkas elektron. Olehkarena itu, benda yang akan di uji harus dilapisi dengan logam. Jika benda yangakan diamati berasal dari logam tidak perlu dilapisi dengan logam lagi(Mikrajuddin A. dan Khairurrijal, 2009).

Gambar 2.11 Instrumentasi SEM

29

Uji SEM

Gambar 2.12 Analisis FESEM dari ZnO dengan variasi pH : (a) pH 6, (b) pH 7,(c) pH 8, (d) pH 9, (e) pH 10 and (f) pH 11

Analisis FESEM menunjukkan bahwa partikel homogen dengan strukturnano yang baik ketika pH meningkat menjadi kondisi basa (PH 9). NanopartikelZnO sebagian besar berbentuk bulat dan juga terdapat aglomerasi yang rendah.Ukuran partikel ZnO yang didapat adalah rata-rata sekitar 48.31 nm. (Alias, dkk.,2010: 231-237)

30

Gambar 2.13 Citra SEM permukaan lapisan ZnO yang dihasilkan pada berbagaitemperatur pemanasan pada perbesaran 20.000X

Citra SEM dari film ZnO yang dihasilkan melalui temperature yangberbeda-beda dapat dilihat pada Gambar 2.13. Permukaan yang lebih homogenakan terbentuk untuk film yang dihasilkan pada pemanasan 550C. Temperaturyang rendah menyebabkan penggumpalan di permukaan. Temperatur pemanasanyang rendah menyebabkan kekasaran lapisan menjadi meningkat. Hal inikemungkinan terjadi karena ada degradasi struktur pada temperatur rendah.(Mulyanti, dkk., 2010: 298-306)

2.4.4 X-Ray FluorescenceJenis XRF yang pertama adalah WDXRF (Wavelength-dispersive X-ray

Fluorescence) dimana dispersi sinar-X didapat dari difraksi dengan menggunakananalyzer yang berupa kristal yang berperan sebagai grid. Kisi kristal yang spesifikmemiliki panjang gelombang yang sesuai dengan hukum bragg.X-Ray fluoresensi digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk

penelitian dalam petrologi batuan beku, sedimen, dan metamorf pertambangan (misalnya, mengukur kadarnya)

31

produksi semen material keramik dan kaca kajian lingkungan (misalnya, analisis partikel pada filter udara) Industri minyak bumi (misalnya kandungan sulfur dari minyak mentah dan

produk minyak bumi) bidang analisis dalam studi geologi dan lingkungan

Gambar 2.14 X-Ray Fluorescence

X-Ray fluoresensi sangat cocok untuk penyelidikan yang melibatkananalisis kimia unsur mayor (Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P) dalam batuandan sedimen analisis kimia unsur jejak (dalam kelimpahan > 1 ppm; Ba, Ce, Co,Cr, Cu, Ga, La, Nb, Ni, Rb, Sc, Sr, Rh, U, V, Y, Zr, Zn).

2.4.5 Spektrofotometer UV-VisSpektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban

suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Spektrofotometer merupakangabungan dari alat optik dan elektronika serta sifat-sifat kimia fisiknya dimanadetektor yang digunakan secara langsung dapat mengukur intensitas dari cahayayang dipancarkan dan secara tidak lansung cahaya yang diabsorbsi, jaditergantung pada spektrum elektromagnetik yang diabsorb (serap) oleh benda. Tiap

32

media akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu tergantung padasenyawaan atau warna terbentuk.

Spektrofotometer dapat dinggap sebagai perluasan suatu pemeriksaanvisualdengan studi yang lebih mendalam dari absorbsi energi. Absorbsi radiasioleh suatusampel diukur pada berbagai panjang gelombangdan dialirkan olehsuatu perkamuntuk menghasilkan spektrum tertentu yang khas untuk komponen yangberbeda.

Gambar 2.15 Spektrofotometer UV-Vis (Wikipedia, 2011)

JenisSpektrofotometer1. Spektrofotometer VisiblePada spektrofotometri ini yang digunakan sebagai sumber sinar/energi

adalah cahaya tampak (visible). Cahaya visible termasuk spektrumelektromagnetik yang dapat ditangkap oleh mata manusia. Panjang gelombangsinar tampak adalah 380 sampai 750 nm. Sehingga semua sinar yang dapat dilihatoleh kita, entah itu putih, merah, biru, hijau, apapun.. selama ia dapat dilihat olehmata, maka sinar tersebut termasuk ke dalam sinar tampak (visible).

Sumber sinar tampak yang umumnya dipakai pada spektro visible adalahlampu Tungsten. Tungsten yang dikenal juga dengan nama Wolfram merupakanunsur kimia dengan simbol W dan no atom 74. Tungsten mempunyai titik didihyang tertinggi (3422 C) dibanding logam lainnya. karena sifat inilah maka iadigunakan sebagai sumber lampu.

33

Sample yang dapat dianalisa dengan metode ini hanya sample yangmemiliki warna. Hal ini menjadi kelemahan tersendiri dari metodespektrofotometri visible. Oleh karena itu, untuk sample yang tidak memilikiwarna harus terlebih dulu dibuat berwarna dengan menggunakan reagent spesifikyang akan menghasilkan senyawa berwarna. Reagent yang digunakan harus betul-betul spesifik hanya bereaksi dengan alat yang akan dianalisa. Selain itu jugaproduk senyawa berwarna yang dihasilkan harus benar-benar stabil. Salah satucontohnya adalah pada analisa kadar protein terlarut (soluble protein). Proteinterlarut dalam larutan tidak memiliki warna. Oleh karena itu, larutan ini harusdibuat berwarna agar dapat dianalisa. Reagent yang biasa digunakan adalahreagent Folin.

Saat protein terlarut direaksikan dengan Folin dalam suasana sedikit basa,ikatan peptide pada protein akan membentuk senyawa kompleks yang berwarnabiru yang dapat dideteksi pada panjang gelombang sekitar 578 nm. Semakintinggi intensitas warna biru menandakan banyaknya senyawa kompleks yangterbentuk yang berarti semakin besar konsentrasi protein terlarut dalam sample.

2. Spektrofotometer UV (ultraviolet)Berbeda dengan spektrofotometri visible, pada spektrofotometri UV

berdasarkan interaksi sample dengan sinar UV. Sinar UV memiliki panjanggelombang 190-380 nm. Sebagai sumber sinar dapat digunakan lampu deuterium.Deuterium disebut juga heavy hidrogen. Dia merupakan isotop hidrogen yangstabil yang terdapat berlimpah di laut dan daratan. Inti atom deuteriummempunyai satu proton dan satu neutron, sementara hidrogen hanya memiliki satuproton dan tidak memiliki neutron. Nama deuterium diambil dari bahasaYunani, deuteros, yang berarti dua, mengacu pada intinya yang memiliki duapartikel.

Karena sinar UV tidak dapat dideteksi oleh mata kita, maka senyawa yangdapat menyerap sinar ini terkadang merupakan senyawa yang tidak memilikiwarna bening dan transparan. Oleh karena itu, sample tidak berwarna tidak perludibuat berwarna dengan penambahan reagent tertentu. Bahkan sample dapatlangsung dianalisa meskipun tanpa preparasi. Namun perlu diingat, sample keruh

34

tetap harus dibuat jernih dengan filtrasi atau centrifugasi. Prinsip dasar padaspektrofotometri adalah sample harus jernih dan larut sempurna. Tidak adapartikel koloid apalagi suspensi.

Sebagai contoh pada analisa protein terlarut (soluble protein). Jikamenggunakan spektrofotometri visible, sample terlebih dulu dibuat berwarnadengan reagent Folin, maka bila menggunakan spektrofotometri UV, sample dapatlangsung dianalisa.

3. Spektrofotometer UV-VisSpektrofotometri ini merupakan gabungan antara spektrofotometri UV dan

Visible. Menggunakan dua buah sumber cahaya berbeda, sumber cahaya UV dansumber cahaya visible. Meskipun untuk alat yang lebih canggih sudahmenggunakan hanya satu sumber sinar sebagai sumber UV dan Vis, yaituphotodiode yang dilengkapi dengan monokromator.Untuk sistem spektrofotometri, UV-Vis paling banyak tersedia dan paling populerdigunakan. Kemudahan metode ini adalah dapat digunakan baik untuk sampleberwarna juga untuk sample tak berwarna.

4. Spektrofotometer IR (Infra Red)Dari namanya sudah bisa dimengerti bahwa spektrofotometri ini berdasar pada

penyerapan panjang gelombang infra merah. Cahaya infra merah terbagi menjadiinfra merah dekat, pertengahan, dan jauh. Infra merah pada spektrofotometriadalah infra merah jauh dan pertengahan yang mempunyai panjang gelombang2.5-1000 m.

Pada spektro IR meskipun bisa digunakan untuk analisa kuantitatif, namunbiasanya lebih kepada analisa kualitatif. Umumnya spektro IR digunakan untukmengidentifikasi gugus fungsi pada suatu senyawa, terutama senyawa organik.Setiap serapan pada panjang gelombang tertentu menggambarkan adanya suatugugus fungsi spesifik. (Riyadi, W., 2009)

35

Uji UV-Vis Spectroscopy

Gambar 2.16 Analisis UV-Vis dari nanopartikel ZnO dari PH 8-11: (a) pH 8, (b)pH 9, (c) pH 10, (d) pH 11 and (e) pH 9 (sebagai fungsi gelombang)

36

Pada analisis sifat optik, diketahui energi gap dari bubuk ZnO yangdisintesis dari PH 8 sampai 11 adalah 2,86-3,24 eV. Pada PH 9 memiliki nilaienergi gap tertinggi yaitu 3,24 eV. Sedangkan pada PH 6 dan 7 nilainya tidakterlihat karena partikel masih dalam ukuran yang besar dan menggumpal. (Alias,dkk., 2010: 231-237)

Gambar 2.17 Nilai absorbansi dari ZnO dengan variabel konsentrasiZn(CH3COO)2.2H2O dan konsentrasi LiOH.H2O 0,23M

Grafik 2.17 menunjukkan bahwa absorbansi dari ZnO menurun secaraperiodik dengan semakin tingginya panjang gelombang untuk konsentrasi zincasetat sebesar 0,05 M. Penurunan nilai absorbansi yang sangat tajam dimulai padapanjang gelombang 340-360 nm untuk konsentrasi Zn(CH3COO)2.2H2O sebesar0,1; 0,15 dan 0,2 M. Akan tetapi absorbansinya mencapai stabil pada saat panjanggelombangnya diatas 360 nm. (Winardi, dkk., 2011: 265-269)

37

Gambar 2.18 Kurva reflektansi film ZnO di atas substrat Silikon (100)pada berbagai harga temperatur pemanasan

Dari karakterisasi menggunakan UV Vis spectroscopy seperti diperlihatkanpada Gambar 2.18, dapat dilihat bahwa film ZnO yang dihasilkan melaluitemperatur pemanasan 550C memiliki harga reflektansi terendah. Dibandingkandengan harga reflektansi lapisan silik on at = 600 nm, i.e 40% 7, maka lapisanZnO ini memiliki harga yang lebih rendah 30 %. Oleh sebab itu dapat dikatakanbahwa lapisan ZnO dapat digunakan sebagai lapisan anti refleksi karena dapatmengurangi refleksi silikon sebesar 25%. (Mulyanti, dkk., 2010: 298-306)

38

Gambar 2.19 Kurva absorbansi lapisan tipis ZnO

Gambar 2.19 merupakan spektrum absorbansi dari lapisan ZnO, padasampel preheating dan post-heating puncak absorbansi berada pada panjanggelombang yang sama yaitu pada 362,5 nm. Sedangkan pada sampel non-heatingpuncak pertama berada pada panjang gelombang yang hampir sama dengansampel lainnya, yaitu pada 365,8 nm, dan terdapat puncak-puncak serapan lainpada panjang gelombang di atas 400 nm. Spektrum absorbansi pada sampel nonheating, kemungkinan dilakukan oleh senyawa organik yang masih tertinggal didalam lapisan, agregasi dan bulir ZnO dengan ukuran yang besar dan heterogenserta poros berukuran besar, hal ini terlihat dari lebarnya spektrum absorbansi danmunculnya shoulder pada daerah panjang gelombang yang lebih besar.

Tabel 2.3 Perhitungan besar pita energiSampel cutoff (nm) Energi gap (eV)

Pre-heating 230C 386,67 3,20Post-heating 500C 386,12 3,21

(Aprilia, dkk., 2010: 230-240)