Analisis kuantitatif, kekerasan dan pengaruh termal pada mineral tulang manusia

1

ANALISIS KUANTITATIF, KEKERASAN DAN PENGARUH
TERMAL PADA MINERAL TULANG MANUSIA

SETIAUTAMI DEWI

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007

2

ABSTRAK
SETIA UTAMI DEWI. Analisis Kuantitatif, Kekerasan dan Pengaruh Termal pada Mineral
Tulang Manusia. Dibimbing oleh Dr. KIAGUS DAHLAN dan YESSIE WIDYA SARI, M. Si.
Rekonstruksi menggunakan biomaterial sintetik merupakan salah satu upaya
mengembalikan fungsi tubuh yang hilang. Rekonstruksi ini juga dapat digunakan untuk implantasi
tulang. Biomaterial yang baik untuk implantasi tulang harus bersifat bioaktif, sesuai dengan

fisiologis, biokompatibiliti, mudah didapat dan tidak mengandung racun. Karakter biomaterial
harus sesuai dengan karakter tulang dalam tubuh. Dalam penelitian ini dipelajari komposisi,
kekerasan dan pengaruh termal pada mineral tulang. Tulang yang digunakan yaitu berdasarkan
golongan usia anak-anak, remaja, dewasa dan lansia. Jenis tulang yang digunakan yaitu iga, paha,
tibia dan kepala. Jumlah mineral tulang yang terkandung dalam setiap sampel bervariasi,
tergantung pada usia, jenis tulang dan jenis kelamin. Mineral tulang meningkat sampai usia remaja
kemudian menurun sampai lansia. Mineral tulang padat lebih tinggi dari tulang jala. Mineral
tulang laki-laki lebih banyak dibandingkan tulang perempuan. Mayoritas unsur yang terkandung
dalam mineral tulang yaitu Ca dan P. Unsur lain yang dianalisis Mg, Na dan K hadir dengan kadar
yang kecil. Ca/P sampel memiliki nilai yang lebih besar dari HAp menunjukan adanya subtitusi
gugus PO43-. Gugus yang dapat mensubtitusi PO43- yaitu CO32-, sehingga dapat diketahui tulang
mengandung karbonat. Karbonat yang dikandung tulang sekitar 2%. Karakter lain yang diketahui
yaitu tingkat kekerasan, tulang iga memiliki nilai kekerasan yang lebih rendah dari tulang tibia dan
kepala. Nilai kekerasan sebanding dengan jumlah mineral tulang. Senyawa mineral tulang yang
didapatkan bersifat amorf dan berbentuk apatit karbonat. Sampel mengalami pengkristalan saat
dipanaskan. Semakin lanjut usia dekomposisi massa tulang akan semakin tinggi saat proses
pengkristalan. Dekomposisi terjadi juga pada suhu 60oC - 165oC sebesar 2,26% (b/b) disebabkan
adanya eliminasi H2O dan pada suhu 687,79oC-907,70oC disebabkan pada suhu tersebut terjadi
pembebasan karbonat atau eliminasi CO3 menjadi gas karbon dioksida (CO2). Massa yang hilang
saat eliminasi CO3 yaitu rata-rata 2,11% (b/b).

3

ANALISIS KUANTITATIF, KEKERASAN DAN PENGARUH
TERMAL PADA MINERAL TULANG MANUSIA

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor

SETIAUTAMI DEWI
G74103025

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007

4

Judul Skripsi
Nama
NRP

: Analisis Kuantitatif, Tingkat Kekerasan dan Pengaruh
Termal pada Mineral Tulang Manusia
: Setia Utami Dewi
: G74103025

Menyetujui:

Pembimbing I

Pembimbing II

Dr. Kiagus Dahlan
NIP : 131 663 021

Yessie Widya Sari, M.Si

Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor

Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP : 131 473 999

Tanggal Lulus:

5

PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, atas rahmat, anugrah dan kasih sayang-Nya
penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Penulisan skripsi ini berdasarkan hasil
penelitian yang penulis lakukan. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan
program pendidikan Sarjana di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor.
Dalam era pengembangan pengetahuan dan ilmu teknologi, peranan berbagai disiplin ilmu

sangat menentukan keberhasilan pengembangan pengetahuan. Setiap disiplin ilmu tidak dapat
berdiri sendiri perlu disiplin ilmu lain yang menunjang. Dengan demikian dalam mempelajari
material biologi memerlukan perangkat fisika untuk mengetahui secara rinci karakter dari material
tersebut. Pengetahuan mengenai karakter tulang manusia merupakan kebutuhan penting dalam
mengembangkan ilmu biologis dan medis.
Penulisan skripsi dengan judul ”Analisis kuantitatif, Kekerasan dan Pengaruh Termal pada
Mineral Tulang Manusia”. Informasi yang diperoleh dapat dijadikan acuan dalam pembuatan
biomaterial yang sesuai untuk subtitusi tulang manusia. Penulisan hasil penelitian ini semoga dapat
menjadi wacana yang memberikan informasi dan wawasan mengenai pengembangan ilmu
biomedis dengan penggunakan analisis fisika. Selain itu dapat manjadi pemicu untuk lebih
mengembangkan berbagai disiplin ilmu.
Penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Bapak Dr. Kiagus Dahlan dan Ibu Yessie Widya Sari, M. Si. sebagai pembimbing atas
bimbingan dan nasehatnya,
2. Bapak Dr. Irzaman dan Dr. Akhiruddin Maddu selaku penguji atas kritik dan sarannya,
3. Ibu, Bapak, kakak-kakak, keluarga besar dan semua orang yang selalu mencintai saya atas
segala dukungan baik secara materil, moril, kasih sayang dan doanya,
4. DIKTI No : 317/ SP3/ PP/ DP2M/II/2006. Date : February 1 2006 yang merupakan program
hibah fundamental,
5. dr. Jaya dan dr. Evi Untoro (UNO) dari bagian forensik atas bantuannya dalam penyediaan

sampel,
6. Departemen Fisika FMIPA Institut Pertanian Bogor atas sarana dan prasarana,
7. Bapak dan Ibu staf Departemen Fisika yang telah membantu administrasi untuk kelancaran
penelitian,
8. Bapak Wawan, Bapak Eko, Ibu Yuli, Bapak Sulis, Ibu Sutri, Ibu Yanlinastuti dan Ibu Tri
Laswati yang telah membantu proses karakterisasi sampel,
9. Rekan-rekan di ananda putri 2, mahasiswa Fisika angkatan 38, 39, 40, 41 dan 42.
Semoga hasil penulisan penelitian ini dapat bermanfaat.

Bogor, Maret 2007
Penulis

6

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kuningan-Jawa Barat pada tanggal 14 Januari 1985. Penulis
merupakan putri bungsu dari pasangan Bapak Salim dan Ibu Karwiti.
Penulis menempuh pendidikan dari tahun 1990 di TK Mawar V Walahrcageur, tahun 19911997 penulis menempuh pendidikan di SD Negeri 1 Walaharcageur, tahun 1997-2000 di SLTP
Negeri 2 Luragung dan 2000-2003 di SMU Negeri 3 Kuningan. Tahun 2003 penulis lulus seleksi
masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Departemen

Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi staf Departemen Kewirausahaan pada
organisasi Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) tahun 2003-2004. Penulis mengikuti
kepanitiaan kegiatan-kegiatan yang diadakan oleh Departemen Fisika dan HIMAFI. Pada tahun
2006 penulis megikuti Lomba Karya Tulis Ilmiah (LKTM) tingkat IPB dan Program Kreativitas
Mahasiswa (PKM) tingkat IPB.

7

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL................................................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................ vii
DAFTAR LAMPIRAN......................................................................................................... vii
PENDAHULUAN
Latar Belakang ................................................................................................................
Perumusan Masalah ........................................................................................................
Tujuan Penelitian ............................................................................................................
Manfaat Penelitian ..........................................................................................................
Hipotesis .........................................................................................................................

Tempat dan waktu Penelitian ..........................................................................................

1
1
1
2
2
2

TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi Tulang ...........................................................................................................
Komposisi Tulang ...........................................................................................................
Pertumbuhan Tulang .......................................................................................................
Mineral Apatit.................................................................................................................
Identifikasi dengan Atomic Absorbtion Spectroscopy (AAS) .........................................
Identifikasi dengan Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-VIS)....................................
Identifikasi dengan Analisis Termal ...............................................................................
Identifikasi dengan Uji Vickers ......................................................................................

2

3
4
4
5
6
6
6

BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat................................................................................................................
Metode Penelitian ...........................................................................................................
Persiapan Sampel.....................................................................................................
Karakterisasi Sampel dengan AAS, UV-Vis, TGA dan Uji Vickers .......................

6
6
6
7

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil ................................................................................................................................ 8
Pengukuran komposisi komponen kandungan mineral tulang manusia ........................ 8
Tingkat kekerasan mineral tulang manusia .................................................................... 9
Analisis Termal Pada Mineral Tulang........................................................................... 11
Pembahasan.................................................................................................................... 12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ........................................................................................................................ 15
Saran .............................................................................................................................. 16
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................... 16
LAMPIRAN.......................................................................................................................... 17

8

DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 1 Kandungan unsur mineral tulang ............................................................................ 4
Tabel 2 Variasi kalsium fosfat .............................................................................................. 4
Tabel 3 Tabel 3 Perlakuan termal pada tulang padat............................................................. 5
Tabel 4 Presentase kandungan mineral tulang manusia ........................................................ 8

Tabel 5 Kadar komponen mineral tulang manusia................................................................ 9
Tabel 6 Rasio Ca/P mineral tulang........................................................................................ 9
Tabel 7 Nilai kekerasan mineral tulang manusia ................................................................. 10
Tabel 8 Analisis hasil karakterisasi TG-DTA ...................................................................... 11

DAFTAR GAMBAR

Halaman
Gambar 1 Kerangka tulang manusia ..................................................................................... 2
Gambar 2 Struktur tulang padat dan tulang jala .................................................................... 3
Gambar 3 Struktur tulang pipih............................................................................................. 3
Gambar 4 Struktur tulang panjang ........................................................................................ 3
Gambar 5 Diagram alir penelitian ......................................................................................... 7

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman
Lampiran 1 Alat dan bahan yang digunakan........................................................................ 17
Lampiran 2 Alat yang digunakan karakterisasi .................................................................... 18
Lampiran 3 Skema alat thermal analysis dan uji kekerasan vickers .................................... 19
Lampiran 4 Sampel .............................................................................................................. 20
Lampiran 5 Perhitungan kadar unsur hasil karakterisasi AAS dan UV-Vis spektroskopi ... 22
Lampiran 6 Perhitungan rasio Ca/P...................................................................................... 25
Lampiran 7 Termogram hasil TG-DTA ............................................................................... 26
Lampiran 8 Perhitungan nilai kekerasan hasil uji Vickers ................................................... 31

9

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan biomaterial untuk keperluan
tubuh manusia terus berkembang sampai saat
ini. Biomaterial didefinisikan sebagai bahan
inert yang diimplantasi kedalam sistem hidup
sebagai pengganti fungsi dari jaringan hidup
atau organ1. Penggunaan biomaterial salah
satunya untuk membuat tulang tiruan atau
implantasi tulang. Perkembangan biomaterial
yang digunakan untuk implantasi tulang
diawali tahun 1893-1912 oleh W.A. Lane
untuk memperbaiki tulang retak menggunakan
pelapis emas. Tahun 1926 E.W. Hey Groves
menggunakan kayu untuk memperbaiki leher
pinggul yang retak. Tahun 1931 M.N. SmithPetersen mendesain leher pinggul dengan
baja. Tahun 1938 P.Wiles untuk pertama kali
mengganti pinggul secara total. 1961 pinggul
buatan dibuat dari polyethylene (PE)1.
Tulang mengandung senyawa kalsium
fosfat. Kalsium fosfat terdiri dari dua fase,
yaitu amorf dan kristal. Senyawa amorf dan
kristal pada kalsium fosfat memiliki
kombinasi senyawa yang berbeda. Hal ini
akan menyebabkan perbedaan karakter tulang.
Karakter tulang dapat ditinjau dari analisis
kuantitatif (komposisi), tingkat kekerasan dan
pengaruh termal. Komposisi senyawa kalsium
fosfat akan berbeda jika senyawa yang
terbentuk berbeda, demikian pula dengan
tingkat kekerasan dan pengaruh termal yang
diberikan pada tulang tersebut. Perbedaan
karakter tulang dipengaruhi oleh jenis
kelamin, usia dan jenis tulang. Usia anak
sampai remaja merupakan masa pertumbuhan
tulang. Secara umum puncak pertumbuhan
tulang yaitu pada usia 30-35 tahun. Setelah
usia
ini,
tulang
tidak
mengalami
pertumbuhan2.
Peranan tulang sangat tinggi dalam
menopang tubuh manusia. Kecelakan dapat
menyebabkan kerusakan pada tulang berupa
patahan atau retakan. Pada bidang medis telah
dilakukan
rekonstruksi
tulang
untuk
memperbaiki fungsi tulang yang patah atau
retak. Rekonstruksi ini dapat dilakukan
dengan allograft, autograft, xenograft,
ataupun berbagai biomaterial sintesis.
Autograft yaitu menggunakan salah satu
bagian tubuh dan diimplankan ke bagian
tubuh lain dari individu yang sama. Allograft
yaitu impalntasi yang digantikan dari bagian
tubuh dari individu yang berbeda pada species
yang sama. Xenograft yaitu implantasi bagian
tubuh dari species yang berbeda. Biomaterial
sintesis merupakan suatu material inert (tidak

bereaksi) yang digunakan untuk implantasi
pada sistem makhluk hidup, untuk
menggantikan fungsi dari organ makhluk
hidup tersebut. Keramik salah satu contoh
biomaterial sintetik yang diimplankan pada
tubuh3. Tubuh akan memberikan respon yang
berbeda
tergantung
biomaterial
yang
diimplankan. Biomaterial yang baik untuk
implantasi tulang harus bersifat bioaktif,
sesuai dengan fisiologis, biokompatibiliti,
mudah didapat dan tidak mengandung racun1.
Bioaktif adalah material yang diimplankan
dapat bereaksi dengan jaringan dan
menghasilkan ikatan kimia yang sangat baik.
Informasi yang lengkap mengenai karakter
tulang manusia harus diketahui terlebih
dahulu sebelum membuat biomaterial
subtitusi tulang yang sesuai dengan yang
diperlukan oleh tubuh.
Upaya pemulihan kerusakan tersebut harus
menggunakan biomaterial yang tepat.
Penelitian
ini
memberikan
informasi
mengenai komposisi, tingkat kekerasan dan
karakter tulang jika diberikan perlakuan
termal. Tulang yang digunakan yaitu
digolongkan berdasarkan golongan usia.
Selain itu ditinaju juga dari jenis kelamin pada
golongan dewasa dan lansia, serta jenis tulang
pada usia dewasa.
Perumusan Masalah
Pembuatan senyawa kalsium fosfat
merupakan upaya menghasilkan biomaterial
subtitusi tulang. Biomaterial yang dibutuhkan
yaitu senyawa yang memiliki karakter yang
sama dengan senyawa kalsium fosfat yang ada
dalam tulang. Tujuannya agar dapat
bermetabolisme dengan jaringan didalamnya.
Pada penelitian ini dilakukan pengujian
mineral tulang. Mineral tulang didapatkan
dengan mengeliminasi komponen organik
tulang. Mineral tulang merupakan senyawa
kalsium fosfat. Kadar unsur yang terkandung
dalam senyawa ini dilakukan dengan
menggunakan alat Atomic Absorbtion
Spectrometer (AAS) dan spektrometer
Ultraviolet-Visible (UV-Vis). Karakter lain
yang dianalisis yaitu nilai kekerasan dengan
menggunakan uji kekerasan vickers dan
pengaruh termal dengan menggunakan
Termogavimetric and Differntial Thermal
Analysis (TG-DTA).
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui
karakter mineral tulang manusia pada
berbagai usia. Analisis kuantitatif yaitu untuk
mengetahui kadar kalsium (Ca) dan fosfat (P)

10

sebagai komponen utama tulang dan unsurunsur lain yang mungkin terkandung
didalamnya seperti magnesium (Mg), natrium
(Na) dan kalium (K). Karakter lain yaitu nilai
kekerasan dan pengaruh termalnya.
Manfaat Penelitian
Memberikan
informasi
mengenai
komposisi, kekerasan dan pengaruh termal
mineral tulang manusia sebagai acuan untuk
pembuatan biomaterial subtitusi tulang yang
sesuai.
Hipotesis
1. Komposisi mineral tulang manusia yaitu
kalsium dan fosfat dalam bentuk apatit
biologi.
2. Peningkatan suhu pada mineral tulang
akan menyebabkan dekomposisi massa
dan perubahan fasa senyawa mineral.
3. Tingkat kekerasan tulang akan meningkat
jika mineral tulang meningkat.
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian
ini
dilaksanakan
di
Laboratorium Biofisika Departemen Fisika
IPB untuk preparasi sampel. Karakterisasi
dengan AAS dan spektrometer UV-Vis di
Laboratorium Terpadu IPB, uji kekerasan
Vickers di PTBIN BATAN dan uji TG-DTA
di PTBN BATAN.

TINJAUAN PUSTAKA
Tulang
merupakan
jaringan
kuat
pembentuk
kerangka
tubuh
manusia,
penunjang berat badan, pelindung organ-organ
vital,
serta
pelekat
otot-otot
yang
menyebabkan pergerakan dalam tubuh4,5.
Tubuh manusia memiliki 206 tulang
pembentuk rangka tubuh6.
Tulang sebagai pembentuk kerangka
manusia memiliki empat fungsi utama yaitu
fungsi mekanik, protektif, metabolik dan
hemopetik. Fungsi mekanik yaitu sebagai
penyokong tubuh dan tempat melekatnya
jaringan otot untuk pergerakan. Fungsi
protektif yaitu sebagai pelindung berbagai alat
vital dalam tubuh dan sumsum tulang. Fungsi
metabolik yaitu sebagai cadangan dan tempat
metabolisme berbagai mineral yang penting
seperti kalsium dan fosfat. Fungsi hemopetik
yaitu sebagai tempat berlangsungnya proses
pembentukan dan perkembanagan sel darah6.
Kerangka tubuh manusia ditunjukan oleh
gambar 1.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.

Cranium
Mandibula
Clavicula
Scapula
Sternum
Rib
Humerus
Vertebra
Radius
Ulna
Carpal
Metacarpal
Phalanges
Pelvis
Femur
Patella
Tibia
Fibula
Tarsal
Metatarsal

Gambar 1 Kerangka tubuh manusia7.
Klasifikasi Tulang
Kompleksitas
dalam
tulang
mengakibatkan klasifikasi tulang dilakukan
dalam berbagai cara. Secara radiologis tulang
dibedakan menjadi dua yaitu tulang padat atau
compact dan tulang jala yang mempunyai
struktur seperti spon atau cancellous5,10,19.
Jumlah tulang jala dalam tubuh relatif lebih
banyak dibandingkan dengan tulang padat5.
Struktur tulang secara radiologis ditunjukan
oleh gambar 2 yaitu, tulang padat dan tulang
jala.
Unit struktur dari tulang padat dewasa
adalah sistem harvesian atau osteon. Sistem
harvesian memiliki sebuah kanal harvesian
yang dikelilingi oleh lamela yang tersusun
secara konsentrik. Kanal harvesian memiliki
paling sedikit satu pembuluh darah kapiler
yang menyediakan nutrien bagi osteosit.
Lamela pada sistem harvesian memiliki
rongga-rongga yang disebut lakuna. Setiap
lakuna berisi sel yang bernama osteosit.
Semua lakuna pada sistem harvesian
dihubungkan oleh kanal-kanal kecil yang
disebut kanalikuli. Osteosit pada tulang spons
terletak pada lakuna yang saling dihubungkan
dengan kanalikuli seperti pada tulang padat
tetapi lamela pada tulang spons tidak tersusun
secara konsentrik8.
Secara anatomi tulang memiliki berbagai
bentuk dan ukuran untuk memenuhi
kebutuhan tubuh, tulang dibedakan menjadi 4
macam yaitu tulang panjang, tulang pendek,
tulang pipih, dan tulang tak sama bentuk.
Tulang panjang merupakan tulang dengan
ukuran yang panjang6. Tulang panjang

1

ANALISIS KUANTITATIF, KEKERASAN DAN PENGARUH
TERMAL PADA MINERAL TULANG MANUSIA

SETIAUTAMI DEWI

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007

2

ABSTRAK
SETIA UTAMI DEWI. Analisis Kuantitatif, Kekerasan dan Pengaruh Termal pada Mineral
Tulang Manusia. Dibimbing oleh Dr. KIAGUS DAHLAN dan YESSIE WIDYA SARI, M. Si.
Rekonstruksi menggunakan biomaterial sintetik merupakan salah satu upaya
mengembalikan fungsi tubuh yang hilang. Rekonstruksi ini juga dapat digunakan untuk implantasi
tulang. Biomaterial yang baik untuk implantasi tulang harus bersifat bioaktif, sesuai dengan
fisiologis, biokompatibiliti, mudah didapat dan tidak mengandung racun. Karakter biomaterial
harus sesuai dengan karakter tulang dalam tubuh. Dalam penelitian ini dipelajari komposisi,
kekerasan dan pengaruh termal pada mineral tulang. Tulang yang digunakan yaitu berdasarkan
golongan usia anak-anak, remaja, dewasa dan lansia. Jenis tulang yang digunakan yaitu iga, paha,
tibia dan kepala. Jumlah mineral tulang yang terkandung dalam setiap sampel bervariasi,
tergantung pada usia, jenis tulang dan jenis kelamin. Mineral tulang meningkat sampai usia remaja
kemudian menurun sampai lansia. Mineral tulang padat lebih tinggi dari tulang jala. Mineral
tulang laki-laki lebih banyak dibandingkan tulang perempuan. Mayoritas unsur yang terkandung
dalam mineral tulang yaitu Ca dan P. Unsur lain yang dianalisis Mg, Na dan K hadir dengan kadar
yang kecil. Ca/P sampel memiliki nilai yang lebih besar dari HAp menunjukan adanya subtitusi
gugus PO43-. Gugus yang dapat mensubtitusi PO43- yaitu CO32-, sehingga dapat diketahui tulang
mengandung karbonat. Karbonat yang dikandung tulang sekitar 2%. Karakter lain yang diketahui
yaitu tingkat kekerasan, tulang iga memiliki nilai kekerasan yang lebih rendah dari tulang tibia dan
kepala. Nilai kekerasan sebanding dengan jumlah mineral tulang. Senyawa mineral tulang yang
didapatkan bersifat amorf dan berbentuk apatit karbonat. Sampel mengalami pengkristalan saat
dipanaskan. Semakin lanjut usia dekomposisi massa tulang akan semakin tinggi saat proses
pengkristalan. Dekomposisi terjadi juga pada suhu 60oC - 165oC sebesar 2,26% (b/b) disebabkan
adanya eliminasi H2O dan pada suhu 687,79oC-907,70oC disebabkan pada suhu tersebut terjadi
pembebasan karbonat atau eliminasi CO3 menjadi gas karbon dioksida (CO2). Massa yang hilang
saat eliminasi CO3 yaitu rata-rata 2,11% (b/b).

3

ANALISIS KUANTITATIF, KEKERASAN DAN PENGARUH
TERMAL PADA MINERAL TULANG MANUSIA

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor

SETIAUTAMI DEWI
G74103025

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2007

4

Judul Skripsi
Nama
NRP

: Analisis Kuantitatif, Tingkat Kekerasan dan Pengaruh
Termal pada Mineral Tulang Manusia
: Setia Utami Dewi
: G74103025

Menyetujui:

Pembimbing I

Pembimbing II

Dr. Kiagus Dahlan
NIP : 131 663 021

Yessie Widya Sari, M.Si

Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor

Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS
NIP : 131 473 999

Tanggal Lulus:

5

PRAKATA
Puji dan syukur kehadirat Allah SWT, atas rahmat, anugrah dan kasih sayang-Nya
penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Penulisan skripsi ini berdasarkan hasil
penelitian yang penulis lakukan. Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan
program pendidikan Sarjana di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor.
Dalam era pengembangan pengetahuan dan ilmu teknologi, peranan berbagai disiplin ilmu
sangat menentukan keberhasilan pengembangan pengetahuan. Setiap disiplin ilmu tidak dapat
berdiri sendiri perlu disiplin ilmu lain yang menunjang. Dengan demikian dalam mempelajari
material biologi memerlukan perangkat fisika untuk mengetahui secara rinci karakter dari material
tersebut. Pengetahuan mengenai karakter tulang manusia merupakan kebutuhan penting dalam
mengembangkan ilmu biologis dan medis.
Penulisan skripsi dengan judul ”Analisis kuantitatif, Kekerasan dan Pengaruh Termal pada
Mineral Tulang Manusia”. Informasi yang diperoleh dapat dijadikan acuan dalam pembuatan
biomaterial yang sesuai untuk subtitusi tulang manusia. Penulisan hasil penelitian ini semoga dapat
menjadi wacana yang memberikan informasi dan wawasan mengenai pengembangan ilmu
biomedis dengan penggunakan analisis fisika. Selain itu dapat manjadi pemicu untuk lebih
mengembangkan berbagai disiplin ilmu.
Penulis mengucapkan terimakasih kepada:
1. Bapak Dr. Kiagus Dahlan dan Ibu Yessie Widya Sari, M. Si. sebagai pembimbing atas
bimbingan dan nasehatnya,
2. Bapak Dr. Irzaman dan Dr. Akhiruddin Maddu selaku penguji atas kritik dan sarannya,
3. Ibu, Bapak, kakak-kakak, keluarga besar dan semua orang yang selalu mencintai saya atas
segala dukungan baik secara materil, moril, kasih sayang dan doanya,
4. DIKTI No : 317/ SP3/ PP/ DP2M/II/2006. Date : February 1 2006 yang merupakan program
hibah fundamental,
5. dr. Jaya dan dr. Evi Untoro (UNO) dari bagian forensik atas bantuannya dalam penyediaan
sampel,
6. Departemen Fisika FMIPA Institut Pertanian Bogor atas sarana dan prasarana,
7. Bapak dan Ibu staf Departemen Fisika yang telah membantu administrasi untuk kelancaran
penelitian,
8. Bapak Wawan, Bapak Eko, Ibu Yuli, Bapak Sulis, Ibu Sutri, Ibu Yanlinastuti dan Ibu Tri
Laswati yang telah membantu proses karakterisasi sampel,
9. Rekan-rekan di ananda putri 2, mahasiswa Fisika angkatan 38, 39, 40, 41 dan 42.
Semoga hasil penulisan penelitian ini dapat bermanfaat.

Bogor, Maret 2007
Penulis

6

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kuningan-Jawa Barat pada tanggal 14 Januari 1985. Penulis
merupakan putri bungsu dari pasangan Bapak Salim dan Ibu Karwiti.
Penulis menempuh pendidikan dari tahun 1990 di TK Mawar V Walahrcageur, tahun 19911997 penulis menempuh pendidikan di SD Negeri 1 Walaharcageur, tahun 1997-2000 di SLTP
Negeri 2 Luragung dan 2000-2003 di SMU Negeri 3 Kuningan. Tahun 2003 penulis lulus seleksi
masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Departemen
Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi staf Departemen Kewirausahaan pada
organisasi Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) tahun 2003-2004. Penulis mengikuti
kepanitiaan kegiatan-kegiatan yang diadakan oleh Departemen Fisika dan HIMAFI. Pada tahun
2006 penulis megikuti Lomba Karya Tulis Ilmiah (LKTM) tingkat IPB dan Program Kreativitas
Mahasiswa (PKM) tingkat IPB.

7

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL................................................................................................................. vii
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................ vii
DAFTAR LAMPIRAN......................................................................................................... vii
PENDAHULUAN
Latar Belakang ................................................................................................................
Perumusan Masalah ........................................................................................................
Tujuan Penelitian ............................................................................................................
Manfaat Penelitian ..........................................................................................................
Hipotesis .........................................................................................................................
Tempat dan waktu Penelitian ..........................................................................................

1
1
1
2
2
2

TINJAUAN PUSTAKA
Klasifikasi Tulang ...........................................................................................................
Komposisi Tulang ...........................................................................................................
Pertumbuhan Tulang .......................................................................................................
Mineral Apatit.................................................................................................................
Identifikasi dengan Atomic Absorbtion Spectroscopy (AAS) .........................................
Identifikasi dengan Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-VIS)....................................
Identifikasi dengan Analisis Termal ...............................................................................
Identifikasi dengan Uji Vickers ......................................................................................

2
3
4
4
5
6
6
6

BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat................................................................................................................
Metode Penelitian ...........................................................................................................
Persiapan Sampel.....................................................................................................
Karakterisasi Sampel dengan AAS, UV-Vis, TGA dan Uji Vickers .......................

6
6
6
7

HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil ................................................................................................................................ 8
Pengukuran komposisi komponen kandungan mineral tulang manusia ........................ 8
Tingkat kekerasan mineral tulang manusia .................................................................... 9
Analisis Termal Pada Mineral Tulang........................................................................... 11
Pembahasan.................................................................................................................... 12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan ........................................................................................................................ 15
Saran .............................................................................................................................. 16
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................... 16
LAMPIRAN.......................................................................................................................... 17

8

DAFTAR TABEL

Halaman
Tabel 1 Kandungan unsur mineral tulang ............................................................................ 4
Tabel 2 Variasi kalsium fosfat .............................................................................................. 4
Tabel 3 Tabel 3 Perlakuan termal pada tulang padat............................................................. 5
Tabel 4 Presentase kandungan mineral tulang manusia ........................................................ 8
Tabel 5 Kadar komponen mineral tulang manusia................................................................ 9
Tabel 6 Rasio Ca/P mineral tulang........................................................................................ 9
Tabel 7 Nilai kekerasan mineral tulang manusia ................................................................. 10
Tabel 8 Analisis hasil karakterisasi TG-DTA ...................................................................... 11

DAFTAR GAMBAR

Halaman
Gambar 1 Kerangka tulang manusia ..................................................................................... 2
Gambar 2 Struktur tulang padat dan tulang jala .................................................................... 3
Gambar 3 Struktur tulang pipih............................................................................................. 3
Gambar 4 Struktur tulang panjang ........................................................................................ 3
Gambar 5 Diagram alir penelitian ......................................................................................... 7

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman
Lampiran 1 Alat dan bahan yang digunakan........................................................................ 17
Lampiran 2 Alat yang digunakan karakterisasi .................................................................... 18
Lampiran 3 Skema alat thermal analysis dan uji kekerasan vickers .................................... 19
Lampiran 4 Sampel .............................................................................................................. 20
Lampiran 5 Perhitungan kadar unsur hasil karakterisasi AAS dan UV-Vis spektroskopi ... 22
Lampiran 6 Perhitungan rasio Ca/P...................................................................................... 25
Lampiran 7 Termogram hasil TG-DTA ............................................................................... 26
Lampiran 8 Perhitungan nilai kekerasan hasil uji Vickers ................................................... 31

9

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan biomaterial untuk keperluan
tubuh manusia terus berkembang sampai saat
ini. Biomaterial didefinisikan sebagai bahan
inert yang diimplantasi kedalam sistem hidup
sebagai pengganti fungsi dari jaringan hidup
atau organ1. Penggunaan biomaterial salah
satunya untuk membuat tulang tiruan atau
implantasi tulang. Perkembangan biomaterial
yang digunakan untuk implantasi tulang
diawali tahun 1893-1912 oleh W.A. Lane
untuk memperbaiki tulang retak menggunakan
pelapis emas. Tahun 1926 E.W. Hey Groves
menggunakan kayu untuk memperbaiki leher
pinggul yang retak. Tahun 1931 M.N. SmithPetersen mendesain leher pinggul dengan
baja. Tahun 1938 P.Wiles untuk pertama kali
mengganti pinggul secara total. 1961 pinggul
buatan dibuat dari polyethylene (PE)1.
Tulang mengandung senyawa kalsium
fosfat. Kalsium fosfat terdiri dari dua fase,
yaitu amorf dan kristal. Senyawa amorf dan
kristal pada kalsium fosfat memiliki
kombinasi senyawa yang berbeda. Hal ini
akan menyebabkan perbedaan karakter tulang.
Karakter tulang dapat ditinjau dari analisis
kuantitatif (komposisi), tingkat kekerasan dan
pengaruh termal. Komposisi senyawa kalsium
fosfat akan berbeda jika senyawa yang
terbentuk berbeda, demikian pula dengan
tingkat kekerasan dan pengaruh termal yang
diberikan pada tulang tersebut. Perbedaan
karakter tulang dipengaruhi oleh jenis
kelamin, usia dan jenis tulang. Usia anak
sampai remaja merupakan masa pertumbuhan
tulang. Secara umum puncak pertumbuhan
tulang yaitu pada usia 30-35 tahun. Setelah
usia
ini,
tulang
tidak
mengalami
pertumbuhan2.
Peranan tulang sangat tinggi dalam
menopang tubuh manusia. Kecelakan dapat
menyebabkan kerusakan pada tulang berupa
patahan atau retakan. Pada bidang medis telah
dilakukan
rekonstruksi
tulang
untuk
memperbaiki fungsi tulang yang patah atau
retak. Rekonstruksi ini dapat dilakukan
dengan allograft, autograft, xenograft,
ataupun berbagai biomaterial sintesis.
Autograft yaitu menggunakan salah satu
bagian tubuh dan diimplankan ke bagian
tubuh lain dari individu yang sama. Allograft
yaitu impalntasi yang digantikan dari bagian
tubuh dari individu yang berbeda pada species
yang sama. Xenograft yaitu implantasi bagian
tubuh dari species yang berbeda. Biomaterial
sintesis merupakan suatu material inert (tidak

bereaksi) yang digunakan untuk implantasi
pada sistem makhluk hidup, untuk
menggantikan fungsi dari organ makhluk
hidup tersebut. Keramik salah satu contoh
biomaterial sintetik yang diimplankan pada
tubuh3. Tubuh akan memberikan respon yang
berbeda
tergantung
biomaterial
yang
diimplankan. Biomaterial yang baik untuk
implantasi tulang harus bersifat bioaktif,
sesuai dengan fisiologis, biokompatibiliti,
mudah didapat dan tidak mengandung racun1.
Bioaktif adalah material yang diimplankan
dapat bereaksi dengan jaringan dan
menghasilkan ikatan kimia yang sangat baik.
Informasi yang lengkap mengenai karakter
tulang manusia harus diketahui terlebih
dahulu sebelum membuat biomaterial
subtitusi tulang yang sesuai dengan yang
diperlukan oleh tubuh.
Upaya pemulihan kerusakan tersebut harus
menggunakan biomaterial yang tepat.
Penelitian
ini
memberikan
informasi
mengenai komposisi, tingkat kekerasan dan
karakter tulang jika diberikan perlakuan
termal. Tulang yang digunakan yaitu
digolongkan berdasarkan golongan usia.
Selain itu ditinaju juga dari jenis kelamin pada
golongan dewasa dan lansia, serta jenis tulang
pada usia dewasa.
Perumusan Masalah
Pembuatan senyawa kalsium fosfat
merupakan upaya menghasilkan biomaterial
subtitusi tulang. Biomaterial yang dibutuhkan
yaitu senyawa yang memiliki karakter yang
sama dengan senyawa kalsium fosfat yang ada
dalam tulang. Tujuannya agar dapat
bermetabolisme dengan jaringan didalamnya.
Pada penelitian ini dilakukan pengujian
mineral tulang. Mineral tulang didapatkan
dengan mengeliminasi komponen organik
tulang. Mineral tulang merupakan senyawa
kalsium fosfat. Kadar unsur yang terkandung
dalam senyawa ini dilakukan dengan
menggunakan alat Atomic Absorbtion
Spectrometer (AAS) dan spektrometer
Ultraviolet-Visible (UV-Vis). Karakter lain
yang dianalisis yaitu nilai kekerasan dengan
menggunakan uji kekerasan vickers dan
pengaruh termal dengan menggunakan
Termogavimetric and Differntial Thermal
Analysis (TG-DTA).
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui
karakter mineral tulang manusia pada
berbagai usia. Analisis kuantitatif yaitu untuk
mengetahui kadar kalsium (Ca) dan fosfat (P)

10

sebagai komponen utama tulang dan unsurunsur lain yang mungkin terkandung
didalamnya seperti magnesium (Mg), natrium
(Na) dan kalium (K). Karakter lain yaitu nilai
kekerasan dan pengaruh termalnya.
Manfaat Penelitian
Memberikan
informasi
mengenai
komposisi, kekerasan dan pengaruh termal
mineral tulang manusia sebagai acuan untuk
pembuatan biomaterial subtitusi tulang yang
sesuai.
Hipotesis
1. Komposisi mineral tulang manusia yaitu
kalsium dan fosfat dalam bentuk apatit
biologi.
2. Peningkatan suhu pada mineral tulang
akan menyebabkan dekomposisi massa
dan perubahan fasa senyawa mineral.
3. Tingkat kekerasan tulang akan meningkat
jika mineral tulang meningkat.
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian
ini
dilaksanakan
di
Laboratorium Biofisika Departemen Fisika
IPB untuk preparasi sampel. Karakterisasi
dengan AAS dan spektrometer UV-Vis di
Laboratorium Terpadu IPB, uji kekerasan
Vickers di PTBIN BATAN dan uji TG-DTA
di PTBN BATAN.

TINJAUAN PUSTAKA
Tulang
merupakan
jaringan
kuat
pembentuk
kerangka
tubuh
manusia,
penunjang berat badan, pelindung organ-organ
vital,
serta
pelekat
otot-otot
yang
menyebabkan pergerakan dalam tubuh4,5.
Tubuh manusia memiliki 206 tulang
pembentuk rangka tubuh6.
Tulang sebagai pembentuk kerangka
manusia memiliki empat fungsi utama yaitu
fungsi mekanik, protektif, metabolik dan
hemopetik. Fungsi mekanik yaitu sebagai
penyokong tubuh dan tempat melekatnya
jaringan otot untuk pergerakan. Fungsi
protektif yaitu sebagai pelindung berbagai alat
vital dalam tubuh dan sumsum tulang. Fungsi
metabolik yaitu sebagai cadangan dan tempat
metabolisme berbagai mineral yang penting
seperti kalsium dan fosfat. Fungsi hemopetik
yaitu sebagai tempat berlangsungnya proses
pembentukan dan perkembanagan sel darah6.
Kerangka tubuh manusia ditunjukan oleh
gambar 1.

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.

Cranium
Mandibula
Clavicula
Scapula
Sternum
Rib
Humerus
Vertebra
Radius
Ulna
Carpal
Metacarpal
Phalanges
Pelvis
Femur
Patella
Tibia
Fibula
Tarsal
Metatarsal

Gambar 1 Kerangka tubuh manusia7.
Klasifikasi Tulang
Kompleksitas
dalam
tulang
mengakibatkan klasifikasi tulang dilakukan
dalam berbagai cara. Secara radiologis tulang
dibedakan menjadi dua yaitu tulang padat atau
compact dan tulang jala yang mempunyai
struktur seperti spon atau cancellous5,10,19.
Jumlah tulang jala dalam tubuh relatif lebih
banyak dibandingkan dengan tulang padat5.
Struktur tulang secara radiologis ditunjukan
oleh gambar 2 yaitu, tulang padat dan tulang
jala.
Unit struktur dari tulang padat dewasa
adalah sistem harvesian atau osteon. Sistem
harvesian memiliki sebuah kanal harvesian
yang dikelilingi oleh lamela yang tersusun
secara konsentrik. Kanal harvesian memiliki
paling sedikit satu pembuluh darah kapiler
yang menyediakan nutrien bagi osteosit.
Lamela pada sistem harvesian memiliki
rongga-rongga yang disebut lakuna. Setiap
lakuna berisi sel yang bernama osteosit.
Semua lakuna pada sistem harvesian
dihubungkan oleh kanal-kanal kecil yang
disebut kanalikuli. Osteosit pada tulang spons
terletak pada lakuna yang saling dihubungkan
dengan kanalikuli seperti pada tulang padat
tetapi lamela pada tulang spons tidak tersusun
secara konsentrik8.
Secara anatomi tulang memiliki berbagai
bentuk dan ukuran untuk memenuhi
kebutuhan tubuh, tulang dibedakan menjadi 4
macam yaitu tulang panjang, tulang pendek,
tulang pipih, dan tulang tak sama bentuk.
Tulang panjang merupakan tulang dengan
ukuran yang panjang6. Tulang panjang

11

dibentuk oleh bagian epiphyses dan diaphyses
(gambar 4). Diaphyses terdapat pada bagian
tengah yang didalamnya terdapat medullar
cavity sebagai tempat sumsum tulang.
Epiphyses terdiri dari tulang spon atau
cancellous yang terbungkus oleh lapisan
tulang padat atau compact terdapat pada ujung
tulang panjang. Pada anak-anak tulang
panjang berisi sumsum merah. Setelah dewasa
sumsum ini diganti menjadi sumsum kuning5.
Contoh: tulang pada tangan (humerus, radius,
ulna), tulang pada kaki (femur, tibia, fibula,
metatarsal, falangus)6. Secara umum tulang
pendek berupa jala yang dipenuhi dengan
ruang-ruang. Strukturnya hampir sama dengan
tulang panjang namun tidak memiliki
medullar cavity5. Contoh: tulang-tulang
pergelangan tangan (karpal) dan pergelangan
kaki (tarsal). Tulang pipih merupakan tulang
berbentuk pipih, tipis dan melengkung.
Tulang pipih terbentuk dari dua lapisan tulang
padat yang diantara keduanya terdapat tulang
jala5. Tulang pipih seperti tampak pada
gambar 3. Tulang ini berfungsi sebagai tempat
melekatnya otot-otot dan melindungi organorgan yang ada di dalamnya. Contoh: tulang
rusuk (iga). Tulang tak sama bentuk
merupakan tulang yang tidak memiliki
kesesuaian dengan bentuk yang sebelumnya5.
Tulang ini memiliki fungsi sebagai tempat
melekatnya otot. Contoh: tulang belakang
(servikel, torasik, lumbar, skrum dan koksiks)
dan tulang telinga tengah.

Gambar 2 Struktur tulang padat dan tulang
jala4.

Gambar 3 Struktur tulang pipih9

Gambar 4 Struktur tulang panjang5.
Komposisi Tulang
Komposisi
utama
jaringan
tulang
jumlahnya bergantung pada spesies, umur,
jenis kelamin, jenis tulang dan posisi di
tulang1. Komposisi tulang secara umum terdiri
dari 55% material anorganik (mineral tulang),
30% organik dan 15% air10. Mineral yang
utama adalah kalsium fosfat karbonat.
Mineral-mineral lain yaitu magnesium,
flouride dan sodium11. Selain itu terdapat juga
mineral lain yang jumlahnya kecil yaitu,
natrium dan kalium. Organik tulang terdiri
dari 2% sel dan 98% osteosid4. Sel dalam
tulang terdiri dari sel osteoblas sebagai sel
pembentuk tulang, sel osteosit untuk
mempertahankan mineral tulang dan sel
osteoklas sebagai sel yang menyerap tulang11.
Osteosid terdiri dari matrik tulang yang
mengandung sedikit mineral. Osteosid disebut
juga sebagai tulang muda4. Komposisi
osteosid adalah 90% kolagen dan 10% zat non
kolagen seperti protein, glycoproteins,
peptida, karbohidrat dan lemak11.
Komponen utama mineral tulang adalah
senyawa kalsium fosfat. Kalsium fosfat
mempunyai sifat yang kompleks, seperti dapat
hadir dalam berbagai fase dan adanya
impuritas. Senyawa kalsium fosfat dalam
tulang disebut juga sebagai apatit biologi.
Kandungan senyawa mineral tulang manusia
secara umum terdapat pada tabel 1.

12

Tabel 1 Kandungan unsur mineral dalam
tulang10
Unsur

Kandungan (% berat)

Ca

34

P
Mg
Na
K
C
Cl
F
Zat sisa

15
0,5
0,8
0,2
1,6
0,2
0,08
47,62

Pertumbuhan Tulang
Tulang merupakan jaringan hidup yang
dinamis terbentuk dari sel aktif11. Tulang
mengalami perubahan yakni pembentukan dan
perbaikan. Pembentukan tulang disebut
modelling dan perbaikan disebut remodelling.
Pembentukan tulang dimulai saat masih janin
dan umumnya akan tumbuh dan berkembang
sampai umur 30-35 tahun. Pada usia ini proses
pembentukan tulang diiringi juga dengan
proses perbaikan. Umur lebih dari 30-35
tahun, pertumbuhan tulang selesai sehingga
yang terjadi hanya proses perbaikan tulang.
Perbaikan
tulang
merupakan
proses
pergantian tulang yang sudah tua menjadi
tulang baru4. Proses pertumbuhan tulang
tergantung juga pada asupan kalsium yang
dikonsumsi. Sel organik merupakan sel yang
berperan dalam pertumbuhan dan perbaikan
tulang. Proses pertumbuhan dan perbaikan
tulang dipengaruhi oleh hormon. Hormon
ekstrogen menyebabkan penurunan aktivitas
osteoblas dan osteoklas sebagai pembentuk
mineral tulang.
Mineral Apatit
Senyawa kalsium fosfat secara umum
merupakan kristal mineral dengan komposisi
juga
M10(ZO4)6X2. Senyawa ini disebut
sebagai apatit. Elemen-elemen yang dapat

menempati posisi M yaitu Ca, Mg, Sr, Ba,
Cd, Pb dll. Z dapat ditempati oleh unsur P, V,
As, S, Si, Ge, gugus fungsi CO3 dll. X dapat
ditempati oleh unsur F, Cl, O, Br, gugus
fungsi CO3,OH dll.
Senyawa kalsium fosfat dapat hadir dalam
berbagai variasi fase dengan perbandingan
komposisi yang berbeda. Apatit sintetik yang
sesuai dengan mineral apatit biologi dari suatu
percobaan hadir dalam empat fase. Fase yang
dihasilkan memiliki perbandingan komposisi
kalsium dan fosfat yang berbeda. Rasio
kalsium dan fosfat (Ca/P) merupakan ciri dari
masing-masing variasi mineral apatit.
Fase
yang
paling
stabil
yaitu
hirdoksiapatit. Hidroksiapatit adalah kalsium
fosfat yang mengandung hidroksida, anggota
dari kelompok mineral dalam tulang yang
memiliki rasio Ca/P dicirikan sebesar 1,6710.
Struktur hidroksiapatit adalah heksagonal
dengan dimensi sel a = b = 9,423 Å dan c =
6.881 Å dan sudut α = = = 90o.
Kasium fosfat hadir dalam dua bentuk
yaitu fase amorf dan fase kristal. Senyawa
kalsium fosfat mempunyai empat fase, yaitu
dikalsium fosfat dihidrat, oktakalsium fosfat,
trikalsium fosfat dan hidroksiapatit. Variasi
senyawa kalsium fosfat berdasarkan nilai
perbandingan Ca/P terdapat pada tabel 2.
Hidroksiapatit
merupakan
senyawa
kalsium fosfat yang paling stabil dengan
struktur tumpukan padat berbentuk kristal.
Tubuh manusia terdiri dari berbagai ion
selain ion pembentuk kalsium fosfat
diantaranya yaitu CO32-, Mg2+, Na+, K+, F-1
dan Cl-1. Kristal apatit tulang banyak
mengandung karbon dalam bentuk karbonat.
Karbonat dalam tubuh dapat mensubstitusi
formula hidroksiapatit dengan menempati dua
posisi. Karbonat menggantikan posisi OHdisebut apatit karbonat tipe A dan
menggantikan posisi (PO4)3- disebut apatit
karbonat tipe B. Apatit karbonat tipe A dapat
dibentuk pada suhu yang tinggi dan apatit tipe
B karbonat dapat dibentuk pada suhu rendah.

Tabel 2 Variasi kalsium fosfat13
Ca/P
1,67
1,00
1,33
1,50

Formula
Ca10(PO4)6(OH)2
CaHPO4.2H2O
Ca8H2(PO4)65H2O
Ca3(PO4)2

Nama
Hidroksiapatit
Dikalsium fosfat dihidrat
Oktakalsium fosfat
Trikalsium fosfat

Singkatan
HAp
DKFD
OKF
TKF

13
Tabel 3 Perlakuan termal pada tulang padat10
Endo dan/atau eksotermal (oC)
Air (% berat)
Endo(40-110)
8,0%
Endo(40-150)
7%
Endo (80-180)
3,9%
Endo (90-180)
4,42%
Endo (80-180)
3,2%
Endo (70-220)
14%

Organik (%berat)
Ekso (350,380,420),
Endo (800)
37,8%
Ekso (350,450,440)
49,0%
Ekso (350,430,440,560)
40,3%
Ekso (350,440,450,510)
46,9%
Ekso (350,460,540)
56,4%
Ekso (360,460, 520)
23,0%

Substitusi ion-ion tubuh dalam senyawa
apatit menjadikan apatit biologi yang hadir
dalam tulang mempunyai kristalinitas rendah
dan bersifat non stoikiometri dan sebagian
lain diabsorpsi oleh permukaan kristal12. Ionion tersebut menyebabkan perbandingan
kalsium terhadap fosfat semakin kecil10. Ionion yang menyebabkan perbandingan kalsium
dan fosfat kecil jika ion-ion mensubtitusi
posisi kalsium.
Tabel 3 menunjukan perubahan massa
terhadap pengaruh termal pada tulang padat.
Pengaruh panas diberikan terhadap senyawa
kalsium fosfat akan menyebabkan adanya
perubahan fasa, bobot dari senyawa kalsium
fosfat, dan komposisi kimia pembentuk
struktur. Perubahan panas terhadap tulang
manusia
mempengaruhi
bobot
yang
terkandung dalam tulang. Perubahan panas
yang
terjadi
merupakan
proses
termodinamika, proses yang dapat terjadi
yaitu penyerapan panas dan pelepasan panas14.
Penyerapan panas disebut proses endotermal
sedangkan proses pelepasan panas disebut
eksotermal.
Perubahan suhu antara 40-1100C pada
tulang belakang (tulang padat) menyebabkan
adanya proses endotermal karena ada proses
penguapan air sebanyak 7-14% berat. Pada
suhu 200-5000C terjadi proses eksotermal
disebabkan oleh dekomposisi kandungan
organik, kolagen dan protein lainnya sebanyak
37,8% berat. Sekitar suhu 8000C terdapat peak
endotermal yang kecil dan sebesar 2% berat
hilang. Kondisi ini disebut unidentified peak10.
Kehilangan berat pada kondisi ini disebabkan
oleh pembebasan karbondioksida dari
karbonat dalam hidroksiapatit tulang. Tulang

Unidentified peak
(%berat)

Sisa
(% berat)

4,0%

60,2%

-

44,0%

-

55,8%

-

48,7%

-

40,4%

-

49,6%

dipanaskan pada suhu diatas 10000C
kandungan organik dalam tu