Disetujui: 18 April 2021
Jl. Soekarno Hatta No. 9, Malang 65141, Indonesia E-mail: noorisna@polinema.ac.id
Pemanfaatan Precipitated Calcium Carbonat dari Batu Kapur dalam Pembuatan β-TCP sebagai Bahan Dasar Implan Tulang
Noor Isnaini Azkiya 1,* , Fanny Prasetia 2 , Rosita Dwi Chrisnandari 1 , Wianthi Septia Witasari 1
1 Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang, Jl. Soekarno Hatta No. 9, Malang 65141, Indonesia
2 Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya, Jl. Veteran, Malang 65145, Indonesia
*E-mail: noorisna@polinema.ac.id

## ABSTRAK
Salah satu material  yang bersifat biokompatibel serta sering digunakan sebagai  bahan dasar  implan tulang dan gigi adalah trikalsium fosfat. Material ini dapat dihasilkan dari precipitated calcium carbonate (PCC) batu kapur karena  memiliki kandungan kalsium  yang  sangat tinggi.  Metode yang digunakan untuk  mensintesis trikalsium fosfat  yaitu  melalui pengendapan prekursor CaO dan H 3 PO 4 dalam  media etanol. Hasil sintesis dikarakterisasi menggunakan instrumen FT-IR, AAS, spektroskopi UV-Vis, dan XRD. Dari hasil analisis spektroskopi UV-Vis, rasio Ca/P dari hasil sintesis diperoleh sebesar 1,64. Uji FT-IR menunjukkan adanya gugus Ca-O pada bilangan gelombang  sekitar  1400  cm -1 dan  gugus  PO4 3- pada  bilangan  gelombang  561  cm -1 dan  1041  cm -1 .  Uji  XRD menunjukkan 3 puncak tertinggi dari β-TCP (trikalsium fosfat) yang sesuai dengan JCPDS no. 09-0169.
Kata kunci : Batu kapur, PCC, trikalsium fosfat, implan tulang.

## ABSTRACT
One  of  the  biocompatible  materials  that  are  often  used  as  a  basic  materials  for  bone  and  dental  implants  is tricalcium  phosphate.  This  material  can  be  produced  from  precipitated  calcium  carbonate  (PCC)  limestone because it has a very high calcium content. The method used to synthesize tricalcium phosphate was deposition of  CaO  and  H 3 PO 4 precursors  in  ethanol  media.  The  results  of  the  synthesis  was  characterized  using  FT-IR instruments, AAS,  UV-Vis spectroscopy, and XRD.  Based on the results of the UV-Vis spectroscopic analysis, the  Ca/P  ratio  of  the  synthesis  results  obtained  was  1.87.  FT-IR test  showed the  presence  of  a  Ca-O  group  at wave number 1400 cm -1 and PO4 3- group at wave numbers 561 cm -1 and 1041 cm -1 . XRD test showed highest peaks of β-TCP (tricalcium phosphate) according to JCPDS no. 09-0169.
Keywords : limestone, PCC, tricalcium phosphate, bone implants.

## 1.  PENDAHULUAN
Precipitated  Calcium  Carbonate (PCC) merupakan  kalsium  karbonat  halus  yang merupakan  hasil  pemurnian  dan  hasil sintesis [1]. PCC merupakan produk turunan batu  kapur  yang  memiliki  daya  guna  tinggi dan  telah  mengalami  proses  rekarbonisasi dengan rumus kimia CaCO 3 [2]. Kristal PCC memiliki  tiga  polimorfi  yang  berbeda  yaitu kalsit,  vaterit  dan  aragonit.  Perbedaan bentuk  kristal  tersebut  bergantung  pada kondisi lingkungan dan energi pembentukan
[1]. Secara termodinamika, kalsit merupakan kristal  yang  paling  stabil  sedangkan  vaterit paling  tidak  stabil.  Aragonit  terbentuk  pada tekanan  dan  temperatur  yang  tinggi  serta bersifat  metastabil  dan  secara  lambat  akan berubah  menjadi  kalsit  [3].  PCC  biasanya dimanfaatkan  dalam  industri  pembuatan kertas, cat dan industri plastik [4]. Selain itu, PCC  juga  biasa  digunakan  sebagai  aditif dalam  lem,  karet,  tinta,  kertas,  farmasi, suplemen gizi dan aplikasi lainnya [1].
Tubuh  manusia  memiliki  bagian  terpenting yaitu  tulang  dan  gigi.  Kerusakan  jaringan pada  bagian  tersebut  dapat  menyebabkan kecacatan struktur dan menimbulkan gangguan fungsi tubuh. Untuk memperbaiki struktur  jaringan  tulang  dan  gigi  dapat dilakukan dengan penambahan dan penggantian  jaringan  [5,6].  Penambahan atau penggantian jaringan yang biasa disebut implan  tulang  dan  gigi  berfungsi  untuk memperbaiki  keadaan  bentuk  dan  fungsi yang  normal  dari  suatu  jaringan.  Pada prinsipnya, implan tulang dan gigi memerlukan bahan yang dapat diterima oleh jaringan  tubuh,  cukup  kuat  dan  dapat berfungsi  bersama-sama  dengan  jaringan tubuh diatasnya.
Terdapat  banyak  jenis  senyawa  kalsium ortofosfat  yang  menjadi  konstituen  utama yang  menyusun  tulang  dan  gigi  manusia. Senyawa  ini  memiliki  komponen  utama kalsium, fosfor dan oksigen [7]. Senyawa ini merupakan biomaterial yang besar peranannya  dalam  dunia  medis.  Material tersebut  banyak  digunakan  pada  proses penyembuhan jaringan keras seperti kerusakan  pada  tulang    dan  sebagai  pelapis implan  yang  dimasukkan  ke  dalam  tubuh manusia.  Bersifat  tidak  beracun  serta mampu  berintegrasi  dengan  jaringan  hidup melalui  proses  aktif  dalam  pembentukan kembali tulang yang sehat [8].
Kalsium  ortofosfat  mulai  diaplikasikan dalam  dunia  dental  dan  operasi  sejak  tahun 1980-an,  diantaranya  adalah  hidroksiapatit, trikalsium  fosfat,  dikalsium  fosfat,  kalsium sulfat atau bioactive glass . Senyawa kalsium ortofosfat  tidak  banyak  digunakan  untuk aplikasi  yang  melibatkan  beban  kompresif karena  memiliki  kekuatan  mekanik  yang rendah  sehingga  senyawa  tersebut  lebih banyak  digunakan  sebagai  pelapis  implan atau sebagai pengisi tulang [9].
Pembuatan  trikalsium  fosfat  membutuhkan sumber  kalsium  yang  cukup  tinggi.  Salah satu bahan tersebut adalah batu kapur karena memiliki  fraksi  kalsium  dengan  kemurnian mencapai  98%  [10].  Pada  penelitian  ini, PCC  dari  batu  kapur  alam  digunakan
sebagai sumber pembuatan  trikalsium fosfat karena  bahan  tersebut  mudah  diperoleh  dan melimpah di alam. Sintesis trikalsium fosfat dapat  dilakukan  dalam  metode  basah- pengendapan  pada  suhu  60 o C  pada  media etanol dan H 3 PO 4 sebagai sumber fosfat.

## 2.  METODE PENELITIAN
Precipitated  calcium  carbonat (PCC)  dari batu  kapur  dikalsinasi  pada  suhu  900 o C selama 20 menit. Hasil kalsinasi berupa CaO yang  diperoleh  kemudian  digerus  dengan mortar. Selanjutnya, CaO sebanyak 10 gram dan  asam  fosfat  sebanyak  14  gram ditimbang  dengan  neraca  analitik  dan dimasukkan  dalam  2  gelas  kimia  250  mL. Masing-masing gelas kimia yang berisi CaO dan  asam  fosfat  ditambahkan  etanol sebanyak 50 mL kemudian diaduk. Selanjutnya,  campuran  fosfat  dalam  etanol dialirkan  pada  campuran  CaO  +  etanol disertai  pengadukan  dan  pemanasan  pada 60 o C.  Setelah campuran  fosfat dalam etanol habis, proses dilanjutkan dengan pemanasan pada  60 o C  selama  1  jam.  Campuran kemudian  didiamkan  pada  suhu  kamar selama  12  jam.  Selanjutnya,  campuran diaduk  dan  dipanaskan  pada    suhu  60 o C selama  30  menit.  Selanjutnya,  campuran disaring  dan  endapan  yang  diperoleh dikeringkan  dalam  oven  pada  suhu  100 o C dan  dilanjutkan  pemanasan  menggunakan tanur  pada  suhu  800 o C  selama  5  jam  [11]. Sampel yang dihasilkan kemudian ditimbang  dengan  neraca  analitik  dan dianalisis  menggunakan  AAS,  Spektroskopi UV-Vis, FT-IR dan XRD.

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan trikalsium fosmat diawali dengan  preparasi  sampel,  yaitu  PCC  batu kapur  dikalsinasi  pada  suhu  900°C  selama 20  menit  untuk  menghasilkan  kalsium oksida  (CaO)  dan  karbondioksida  (CO 2 ) [12] seperti pada persamaan (1).
CaCO 3 (S) → CaO (S) + CO 2 (g) (1)
Setelah  proses  kalsinasi  PCC  mengalami penyusutan  massa  sebanyak  35-40%  dan diperoleh  serbuk  CaO  berwarna  putih. Penyusutan massa yang terjadi menunjukkan adanya  pelepasan  gas  CO 2 sebagai  unsur penyusun  yang  terdapat  dalam  PCC.  Salah satu  bukti  adanya  pelepasan  unsur  dalam proses  kalsinasi  ini  adalah  berkurangnya intensitas  puncak  gugus  karbonat  (CO 3 2- ) pada  bilangan  gelombang  sekitar  1400  cm -1 dari  spektra  FT-IR  hasil  kalsinasi  PCC. Selain  itu,  terdapat  juga  puncak  lebar  pada bilangan  gelombang  sekitar  400  cm -1 yang menunjukkan gugus Ca-O  [13]. Spektra FT- IR PCC dan hasil kalsinasi PCC tersaji pada Gambar 1.
Gambar 1. Spektra FT-IR PCC dan CaO
Sintesis  trikalsium  fosfat  dilakukan  dengan menimbang  CaO  sebanyak  10  gram  dengan neraca analitik. Sumber fosfat yang digunakan  dalam  sintesis  hidroksiapatit adalah  H 3 PO 4 85%  sebanyak  14  gram. Masing-masing  padatan  CaO  dan  H 3 PO 4 ditambahkan  etanol  96%  sebanyak  50  mL sebagai media untuk mempermudah pencampuran  CaO  dan  H 3 PO 4 .  Larutan H 3 PO 4 dialirkan  ke  dalam    campuran  CaO dan etanol disertai pengadukan dan pemanasan  pada  suhu  60°C.  Reaksi  yang terjadi pada proses pencampuran H 3 PO 4 dan CaO ditunjukkan pada persamaan (2).
3CaO (s) + 2H 3 PO 4(l) → Ca 3 (PO 4 ) 2(s) + 3H 2 O (aq) (2)
Dari  proses  pencampuran  CaO  dan  H 3 PO 4 kemudian  dilakukan  proses  lanjutan  untuk menghilangkan  pelarut  dan  mendapatkan hasil yang maksimal, yaitu dengan
pendiaman  selama  12  jam  dan  pemanasan kembali  pada  suhu  60°C.  Endapan  yang diperoleh kemudian dipanaskan menggunakan  tanur  pada  suhu  800°C  [11]. Sampel  hasil  sintesis  yang  diperoleh berbentuk  serbuk  dan  berwarna  putih dengan rendemen sebesar 76%.
Penentuan kadar Ca dilakukan menggunakan  spektroskopi  serapan  atom sedangkan penentuan kadar P menggunakan spektrofotometer  UV-Vis  pada  panjang gelombang  400  nm  dengan  pereaksi molibdovanadat.  Penentuan  kadar  Ca  dan  P dilakukan untuk mengetahui rasio Ca/P hasil sintesis.  Vlad,  Dkk.  menjelaskan  bahwa trikalsium  fosfat  memiliki  rasio  Ca/P sebesar  1,5  [14].  Berdasarkan  hasil  analisis sampel menggunakan AAS dan spektroskopi UV-Vis,  kadar  Ca  dan  P  diperoleh  masing- masing  sebesar  41%  dan  25%  sehingga dapat  disimpulkan  bahwa  rasio  Ca/P  dari hasil sintesis adalah 1,64.
Pada  spektra  FT-IR  hasil  sintesis  (Gambar 2) terdapat puncak pada bilangan gelombang sekitar  3500  cm -1 yang  menunjukkan  gugus hidroksil  (OH).  Pada  bilangan  gelombang sekitar  1400  cm -1 terdapat  puncak  yang menunjukkan  gugus  Ca-O.  Kemudian  pada bilangan  gelombang  sekitar  1000-900  cm -1 terdapat vibrasi stretching dari gugus PO 4 3- . Vibrasi bending PO 4 3- terdeteksi  pada bilangan  gelombang  sekitar  600-500  cm -1 [13].
Gambar  2. Spektra  FT-IR  hasil  sintesis β-TCP (tricalcium phosphate)
Karakterisasi XRD bertujuan untuk mengetahui kristalinitas hasil sintesis berdasarkan  nilai  2θ  dan  intensitas  spektra
yang  diperoleh.  Selanjutnya,  hasil  analisa XRD  dibandingkan  dengan  data  JCPDS untuk  mengetahui  tingkat  kemiripan  hasil sintesis dengan senyawa standar yang sudah diketahui.  Difraktogram  XRD  hasil  sintesis tersaji  pada  Gambar  3.  Difraktogram  hasil sintesis  pada  Gambar  3  menunjukkan karakteristik  puncak  yang  mirip  dengan JCPDS  β-TCP  (tricalcium  phosphate)  no. 09-0169 seperti tersaji pada Tabel 1.
Tabel 1. Perbandingan hasil sintesis dengan data JCPDS β-TCP
Hasil sintesis JCPDS β-TCP 2θ d I (%) 2θ d I (%) 21,98 4,04 9,9 21,87 4,06 16,0 27,82 3,20 57,7 27,76 3,21 55,0 31,10 2,87 100,0 31,02 2,88 100,0 34,35 2,61 58,3 34,37 2,60 65,0 41,73 2,16 8,6 41,68 2,16 12,0 48,02 1,89 11,8 47,96 1,89 16,0
Gambar 3. Difraktogram XRD hasil sintesis β-TCP (tricalcium phosphate)
Berdasarkan data pada Tabel 1, hasil sintesis memiliki  kemiripan  dengan  data  JCPDS  β- TCP  karena  tiga  puncak  tertinggi  yang dihasilkan  sesuai  dengan  nilai  2θ  β-TCP. Ketiga  puncak  dengan  intensitas  tertinggi tersebut  adalah  27,82;  31,10  dan  34,35. Sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  hasil sintesis yang diperoleh menunjukkan adanya β-Trikalsium  Fosfat  (β-TCP).  Namun demikian,  berdasarkan  difraktogram  XRD juga  menunjukkan  adanya  noise.  Hal  ini mungkin  disebabkan  karena  masih  adanya CaO  atau  H 3 PO 4 yang  belum  bereaksi.  Hal ini  didukung  pula  oleh  data  IR  (Gambar  2)
yang  menunjukkan  masih  adanya  puncak Ca-O pada bilangan gelombang sekitar 1400 cm -1 .

## 4.  KESIMPULAN
Sintesis  trikalsium  fosfat  berbahan  dasar PCC dari batu kapur telah dilakukan dengan rasio  Ca/P  sampel  hasil  sintesis  yang diperoleh sebesar 1,64 mendekati rasio Ca/P trikalsium  fosfat  sebesar  1,5.  Karakterisasi menggunakan  instrumen  FT-IR  terdeteksi adanya gugus PO 4 3- pada bilangan gelombang  500-600  cm -1 dan  sekitar  1000 cm -1 ,  Ca-O  pada  bilangan  gelombang  1400 cm -1 dan OH pada bilangan gelombang 3500 cm -1 dengan  puncak  yang  cukup  lebar. Karakterisasi  menggunakan  XRD  diperoleh 3 puncak dengan intensitas tertinggi pada 2θ 27,82; 31,10 dan 34,35 yang identik dengan data JCPDS β-TCP no. 09-0169.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Direktorat  Pendidikan  Tinggi  Indonesia yang  telah mendanai penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  N.  F.  Apriliani,  M.  A.  Baqiya, Darminto, Pengaruh Penambahan Larutan  MgCl 2 pada  Sintesis  Kalsium Karbonat  Presipitat  Berbahan  Dasar Batu Kapur dengan Metode Karbonasi, Jurnal Sains dan Seni ITS , vol. 1, no. 1, hal. B-30-B-34, 2012.
[2] D.  W.  Nurhajati,  S.  Brotoningsih, Pengaruh  Nano-Precipitated  Calcium Carbonate
Terhadap
Kualitas
Komposit  Polivinil  Klorida, Jurnal Riset Industri , vol. 6, no. 2, hal. 13-20, 2012.
[3] P.  Sabriye,  D.  O.  Ozgul,  Effect  of Process Conditions on Crystal
Structure  of  Precipitated  Calcium Carbonate  (CaCO 3 )  from  Fly  Ash: Na 2 CO 3 Preparation Conditions, International  Journal  of  Chemical,
Environmental and Biological
Sciences ,  vol.  1,  no.  6,  hal.  192-195,
2012.
[4] J.-A.  Kim,  G.-C.  Han,  M.  Lim,  K.-S. You, M. Ryu, J.-W. Ahn, T. Fujita, H. Kim,  Effect  of  Hydraulic  Activity  on Crystallization of Precipitated Calcium Carbonate  (PCC)  for  Eco-Friendly
Paper, International Journal of
Molecular  Sciences ,  vol.  10,  no.  11, hal. 4954-4962, 2009.
[5] K.  Dahlan,  Y.  W.  Sari,  E.  Yuniarti, D.S.  Soejoko,    Karakterisasi  Gugus Fosfat  dan  Karbonat  dalam  Tulang Tikus  dengan  Fourier  Transform Infrared (FT-IR)  Spectroscopy, Jurnal Sains  Material  Indonesia ,  hal.  221- 224, 2006.
[6] J.  Sedyono,  A.  E.  Tontowi,  Proses Sintesis dan Karakterisasi FTIR Hidroksiapatit  dari  Gipsum  Alam Kulon  Progo, Media  Mesin:  Majalah Teknik  Mesin ,  vol.  9,  no.  1,  hal.  6-12, 2008.
[7] L.  Wang,  G.  H.  Nancollas,  Calcium Orthophosphates:  Crystallization  and Dissolution, Chemical  Reviews ,  vol.
108, no. 11, hal. 4628-4669, 2008.
[8] S.  V.  Dorozhkin,  Calcium  Ortho- phosphates  as  Bioceramics:  State  of the  Art, Journal  of  Functional Biomaterials , vol. 1, no.1, hal. 22-107,
2010.
[9] J.  Van  der  Stock,  E.  M.  M.  Van Lieshout,  Y.  El-Massoudi,  G.  H.  Van Kralingen,  P.  Patka,  Bone  Subtitutes in  the  Netherlands  –  A  Systematic literatur  review, Acta  Biomaterialia , vol. 7, no. 2, hal. 739-750, 2011.
[10]  Q.  Lailiyah,  M.  A.  Baqiya,  Darminto, Pengaruh Temperatur dan  Laju  Aliran Gas  CO 2 pada  Sintesis  Kalsium
Karbonat  Presipitat  dengan  Metode
Bubbling, Jurnal  Sains  dan  Seni  ITS , vol. 1, no. 1, hal. B-6-B-10, 2012.
[11]  I.  Wahdah,  S.  Wardhani,  Darjito, Sintesis  Hidroksiapatit  dari  Tulang
Sapi dengan Metode
Basah-
Pengendapan, Kimia  Student  Journal , vol. 1, no. 1, hal. 92-97, 2014.
[12]  Z.  R.  Zhang,  The  Use  of  Precipitated Calcium  Carbonate  as  TiO 2 Extender in  Architectural  Flat  Wall  Paint, Mississippi  Lime  Company,  Ste. Genevieve, MO63670.
[13]  R.  A.  Nyquist,  R.  O.  Kagel,  Infrared Spectra  of  Inorganic  Compound, Acadenic Press, Inc.: London, 1971.
[14]   M. D. Vlad, S. Gómez, M. Barracó, J. López,  E.  Fernández,  Effect  of  the Calcium  to  Phosphorus  Ratio  on  the Setting Properties of Calcium
Phosphate  Bone  Cements, Journal Materials Science: Materials in
Medicine ,  vol.  23,  hal.  2081-2090,
2012.