## ANALISIS KARAKTERISASI XRD SINTESIS GADOLINIUM KARBONAT
(Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG DENGAN METODE SOLVOTERMAL
Erika Linda Yani Nasution 1* , Surya Handayani 1
1 Program Studi Agroteknologi, Fakultas Pertanian, Universitas Graha Nusantara, Padangsidimpuan, 22733, Indonesia
* e-mail: erika.lindanst@gmail.com

## ABSTRAK
Telah dilakukan sintesis partikel pegilasi gadolinium karbonat dengan metode solvotermalmenggunakan prekursor polietilen glikol (PEG- 1000) dan gadolinium asetat hidrat (Gd(CH 3 CO 3 ) 3 ) pada suhu 180 o C dengan waktu pemanasan selama 3 jam, 5 jam, dan 7 Jam.Partikel pegilasi gadolinium karbonat (Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG tersebut selanjutnya dianalisis pola difraksi dan bentuk struktur dengan menggunakanX-Ray Diffraction (XRD). Hasil karakterisasispektrum XRD terhadap partikel Gd 2 (CO 3 ) 3 menunjukkan pola difraksi dengan posisi puncak-puncak difraksi bersesuaian dengan JCPDS No. 37-0559 dengan puncak utama pada 2 θ = 11.75 o . Pada waktu pemanasan 3 jam , sampel memiliki sifat amorf, sedangkan pada sampel waktu pemanasan 5 jam dan 7 jam sampel-sampel memiliki derajat kekristalan yang baik. Pada waktu pemanasan 5 jam lebih tinggi kristalisasinya daripada 7 jam yang mengindikasikan kualitas kristal lebih baik pada lama pemanasan 5 jam.
Kata kunci : Gadolinium Karbonat; Metode Solvotermal; PEG; XRD

## ABSTRACT
[Title:  Analysis  of  XRD  Characterization  of  Gadolinium  Carbonate  (Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG  Synthesis  by  Solvothermal Method] Synthesis  of  pegylated  gadolinium  carbonate  particles  by  solvothermal  method  using  polyethylene  glycol  (PEG-1000)  and gadolinium  acetate  hydrate  (Gd 2 (CH 3 CO 3 ) 3 )  precursors  at  180oC  with  heating  time  for  3  hours,  5  hours  and  7  hours.  The  gadolinium carbonate (Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG particle pegylation was further analyzed by diffraction patterns and structural shapes using X-Ray Diffraction (XRD). The results of XRD spectrum characterization of Gd 2 (CO 3 ) 3 particles showed diffraction pila with diffraction peaks position. corresponds to JCPDS No. 37-0559 with the main peak at 2 θ = 11.75 o At 3 hours of heating, the sample has amorphous properties, while the sample heating time is 5 hours and 7 hours the samples have a good degree of crystallization. 5 hours higher crystallization than 7 hours which indicates better crystal quality at 5 hours heating time.
Keywords: Gadolinium Carbonate; Solvothermal Method; PEG; XRD
Prekursor Gd(CH 3 CO 2 ) 3 .XH 2 O Pelarut PEG-1000 60 o C Stirrer 20 menit Larutan Gd(CH 3 CO 2 ) 3 .XH 2 O + PEG-1000
Sintesis pada autoclave pada suhu 180 o C selama 3 jam, 5 jam , dan 7 jam
Larutan dicentrifugasi dan dicuci
Pengeringan sampel pada suhu 60 o C  selama 24 jam
Serbuk Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG

## PENDAHULUAN
Gadolinium  merupakan  unsur  golongan lantanida  yang  memiliki  tujuh  elektron  valensi  dan sering  digunakan  sebagai  agen  kontras  karena memiliki momen magnet yang besar, yakni 7,94 J/T (Hyon,  2009).  Sifat  gadolinium  yang  memiliki  sifat paramagnetik terbesar diantara unsur lantanida sangat baik  dalam  meningkatkan  sinyal  resonansi  MRI (Hyon, 2009). Senyawa anorganik gadolinium yang sering  digunakan  sebagai  agen  kontras  antara  lain gadolinium  oksida  (Gd 2 O 3 ),  gadolinium  hidroksida (Gd 2 (OH) 2 ),  dan  gadolinium  karbonat  (Gd 2 (CO 3 ) 3 ) (Park,  2007).  Diantara  senyawa-senyawa  tersebut, gadolinium karbonat (Gd 2 (CO 3 ) 3 ) memiliki kelebihan  yakni  proses  sintesis  lebih  mudah,  cepat, menggunakan  prekursor  yang  lebih  sedikit  (Hyon, 2009,  Wu,  2012),  dan  dapat  digunakan  secara langsung  sebagai  prekursor  untuk  sintesis  partikel gadolinium  oksida  (Gd 2 O 3 )  (Park,  2007).  Senyawa Gd 2 O 3 memiliki sifat paramagnetik terbesar diantara semua  logam  oksida  (Söderlind,  2008)  dan  sangat potensial sebagai agen kontras karena kemampuannya dalam meningkatkan kontras citra MRI sangat besar dengan pemberian konsentrasi senyawa yang kecil.
Partikel  gadolinium  karbonat  (Gd 2 (CO 3 ) 3 ) sendiri  memiliki  sifat  beracun.  Ketika  digunakan dalam  aplikasi  biomedis  sehingga  harus  ditansfer dalam  bentuk  yang  biokompatibel.  Selain  itu, dispersibilitas partikel magnetik dalam air pada nilai pH  yang  berbeda  dan  pelarut  lain,  kristalinitas, bentuk dan ukuran homogen, difungsionalisasi, dan coating biokompatibel  perlu  diperhatikan  dalam sintesis kimia dari Gd 2 (CO 3 ) 3 .
Untuk  tujuan  tersebut  terdapat  dua  metode yang  digunakan  untuk  memfungsionalisasikan partikel  magnetik  untuk  aplikasi  biomedis  yakni dengan  metode  pertukaran  ligan  dan  enkapsulasi dengan kulit biokompatibel. Salah satu polimer yang dapat  digunakan  sebagai  lapisan  biokompatibel  bagi partikel  adalah  senyawa  kompleks  polietilen  glikol (PEG). Sebagai pelarut, PEG merupakan  lingkungan liquid  yang  dapat  mempengaruhi  sifat-sifat  dari partikel.  PEG  berfungsi  sebagai  template  yang menentukan  bentuk  partikel,  sehingga  partikel berbentuk  bulatan  yang  seragam,  dapat  larut,  dan membentuk  lapisan  partikel  biokompatibel  (L.  M. Hamming,  2008).  PEGmencegah  aglomerasi sehingga  ukuran  partikel  berkurang  dan  distribusi ukuran  dipertajam  (Yu,  2012).  Dengan  demikian, partikel Gd 2 (CO 3 ) 3 difungsionalisasikan dengan PEG maka  akan  menghasilkan  Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG  yang bersifat biokompatibel dan monodispersi.
Untuk  tujuan  fabrikasi  partikel  dengan  lapisan biokompatibel  diperhatikan  juga  pemilihan  metode
sintesis  partikel  dan  teknik coating partikel  dengan bahan  biokompatibel.  Hal  tersebut  dapat  dilakukan baik  secara in-situ (saat  sintesis)  dan post  synthesis (setelah sintesis) perlu dilakukan (Gonalves, Cardoso dkk., 2010, Cao, Zhang dkk., 2012). Proses sintesis dengan  metode coating  post  synthesis merupakan proses dengan waktu lama dan reagent serta partikel yang dihasilkan setelah treatment hanya dapat terlarut pada pelarut tertentu saja (Cao, Zhang dkk., 2012).
Dalam  penelitian  ini  dilakukan  metode solvotermal  terhadap  prekursor  gadolinium  asetat hidrat  (Gd(CH 3 CO 2 ) 3 .XH 2 O)  dan  polietilen  glikol (PEG-1000) untuk menghasilkan partikel Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG. Kemudian dikarakterisasi dengan menggunakan X-Ray  Diffractometer (XRD)  untuk mengetahui pola difraksi dan bentuk struktur.

## METODOLOGI PENELITIAN
Material  dasar  yang  digunakan  dalam pembuatan  material  Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG  adalah gadolinium  asetat  hidrat  (Gd(CH 3 CO 2 ) 3 .XH 2 O, Aldrich), polietilen glikol (PEG-1000, MW = 1000, Merck). Pada Gambar 1 menunjukkan skema untuk sintesis Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG.
Gambar 1. Skema sintesis Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG
Polietilen  glikol  (PEG-1000)  dan  gadolinium asetat hidrat (Gd(CH 3 CO 3 ) 3 ) ditumbuhkan secara in- situ .  PEG-1000  sebagai  pelarut  sebanyak  40  gram
dicairkan pada suhu 60 o C selama 20 menit di dalam gelas
beaker . Gadolinium asetat hidrat (Gd(CH 3 CO 3 ) 3 ).  xH 2 O  sebagai  prekursor  sebanyak 3,6 mmol ditambahkan ke dalam larutan PEG.
Larutan prekursor dipindahkan ke teflon autoclave pada  temperatur  ruang.  Larutan  dalam autoclave dipanaskan pada 180 o C dengan variasi waktu sintesis selama  3,  5,  dan  7  jam.  Pada  suhu  ruang,  larutan disentrifugasi  dan  dicuci  beberapa  kali  dengan menggunakan aseton untuk menghilangkan kelebihan polimer.
Hasil  endapan  selanjutnya  dimasukkan  ke  dalam oven  untuk  proses  pengeringan  pada  suhu  60 o C selama 24 jam. Setelah proses pengeringan diperoleh serbuk  Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG  yang  selanjutnya  digerus dengan menggunakan penggerus dan mortal. Serbuk Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG  kemudian  dikarakterisasi  dengan XRD.

## HASIL DAN DISKUSI
Analisis  spektrum  XRD  pada  Gambar  2 menunjukkan  pola  difraksi  gadolinium  karbonat.
Gambar 2. Hasil XRD Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG pada suhu 180 o C dengan waktu pemanasan 3 jam, 5 jam dan 7jam.
Gambar 2 menunjukkan hasil XRD pada sampel pegilasi gadolinium karbonat (Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG).PEG-1000 memiliki pola difraksi  dengan  posisi  puncak-puncak  difraksi bersesuaian  dengan  JCPDS  No.  37-0559  dengan puncak  utama  pada  2 θ =  11.75 o .  Data  tersebut menyatakan  terbentuknya  senyawa  gadolinium karbonat  (Gd 2 (CO 3 ) 3 )  yang  memiliki  morfologi rhombus dengan fase kristal heksagonal (G.Devanand Venkatasubbu, 2013).
Pada  waktu    pemanasan  3  jam,  sampel  masih memiliki  sifat  amorf  sedangkan  pada  sampel pemanasan 5 jam, dan 7 jam sampel-sampel memiliki derajat  kekristalan  yang  baik.  Akan  tetapi,  pada sampel  yang  dipanaskan  selama  7  jam  terlihat pelebaran  spektrum  difraksi  yang  dapat  diakibatkan oleh  jumlah  kandungan  air  dan  ikatan  karbon  yang lebih  besar  yang  terkoordinasi  menjadi  molekul gadolinium  karbonat  (k.  C.  Patil,  1968,  G.  Tian, 2011).
Selain itu, dari Gambar 2 diperoleh kristalisasi pada metode dekomposisi solvotermal dengan lama pemanasan 5 jam lebih tinggi kristalisasinya daripada 7 jam yang mengindikasikan kualitas kristal lebih baik pada waktu pemanasan 5 jam.

## KESIMPULAN
Pegilasi gadolinium karbonat (Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG) telah berhasil disintesis dengan metode dekomposisi solvotermal.  Hasil  spektrum  XRD  menunjukkan bahwa  gadolinium  karbonat  (Gd 2 (CO 3 ) 3 @PEG) telah  terbentuk  dengan  pola  difraksi  yang  sesuai dengan  JCPDS  No.  37-0559  dengan  puncak  utama pada  2 θ =  11.75 o dan  terbentuknya  senyawa gadolinium  karbonat  (Gd 2 (CO 3 ) 3 )  yang  memiliki morfologi rhombus dengan  fase  kristal  heksagonal.
Tingkat  kekristalan  untuk  waktu  pemanasan  5  jam lebih  tinggi  daripada  7  jam  yang  mengindikasikan kualitas  kristal  lebih  baik  pada  waktu  pemanasan  5 jam.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Direktorat Riset  dan  Pengabdian  Masyarakat  (DRPM), Kementerian  Riset,  Teknologi  dan  Pendidikan Tinggi  melalui  pembiayaan  penuh  lewat  Program Hibah  Kompetitif  Nasional  Dikti  pada  Pendanaan Tahun 2019.

## REFERENSI
Cao,  X.,  B.  Zhang,  F.  Zhao,  dan  L.  Feng  (2012). Synthesis  and  properties  of  MPEG-coated superparamagnetic magnetite nanoparticles. Journal  of  Nanomaterials,
2012 .
G.  Devanand  Venkatasubbu,  S.  R.,  V. Ramakrishnan,  dan    J.  Kumar  (2013). Folate  Targeted  PEGylated  Titanium Dioxide Nanoparticles as a Nanocarrier for Targeted  Paclitaxel  Drug  Delivery. Advanced Powder Technology, 24 , 7.
Gonalves,  R.  H.,  C.  A.  Cardoso,  dan  E.  R.  Leite (2010).  Synthesis  of  colloidal  magnetite nanocrystals  using  high  molecular  weight solvent. Journal  of  Materials  Chemistry, 20 , 1167-1172.
G. Tian, Z. G., X. Liu, L. Zhou, W. Yin L. Yan, et al (2011). Facile Fabrication of Rare-Earth- Doped  Gd2O3  Hollow  Spheres  with Upconversion  Luminescence,  Magnetic Resonance, and Drug Delivery Properties.
The Journal of Physical Chemistry C, 115 , 6.
Hyon, B., Na, et al, (2009). Inorganic Nanoparticles for  MRI  Contrast  Agents. Adv.  Mater, 21 ,
15.
K. C. Patil, G. V. C., M. V. George, dan C. N. R. Rao (1968). Infrared Spectra and Thermal Decompositions  of  Metal  Acetates  and Dicarboxylates. Canadian  Journal  of
Chemistry, 46 , 8.
L.  M.  Hamming,  a.  P.  B.  M.  (2008).  Fouling
Resistant Biomimetic Poly(Ethylene
Glycol)  Based  Grafted  Polymer  Coatings. Jour. Material Matters.
Park,  Y.,  I.,  dkk.,  (2007).  Effect  of  Urea Concentration  and  Reaction  Temperature on  Morfology  of  Gadolinium  Compounds Prepared  by  Homogeneous  Precipitation. Material Chemistry and Physics, 106 , 8.
Söderlind,  F.  (2008).  Colloidal  Synthesis  of  Metal Oxide  Nanocrystals  and  Thin  Films. Linköping  Studies  in  Science  and  Technology Dissertation No. 1182.
Wu,  Y.  (2012).  A  New  Type  of  Silica-Coated Gd 2 (CO 3 ) 3 :Tb Nanoparticle
as a Bifunctional Agent for Magnetic Resonance Imaging and Fluorescent Imaging.
Nanotechnology, 23 .
Yu, M. (2012). Dextran and Polymer Polyethylene Glycol  (PEG)  Coating  Reduce  Both  5  and 30  nm  Iron  Oxide  Nanoparticle Cytotoxicity  in  2D  and  3D  Cell  Culture. International Journal of Molecular Sciences, 13 , 16.