Modifikasi Sintesis dan Pencirian Fase Diam Kromatografi Kolom Selulosa Berbasis Serabut Ampas Sagu.
MODIFIKASI SINTESIS DAN PENCIRIAN FASE DIAM
KROMATOGRAFI KOLOM SELULOSA BERBASIS
SERABUT AMPAS SAGU
MIA MAESAROH
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Modifikasi Sintesis dan
Pencirian Fase Diam Kromatografi Kolom Selulosa Berbasis Serabut Ampas Sagu
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2013
Mia Maesaroh
NIM G44090019
ABSTRAK
MIA MAESAROH. Modifikasi Sintesis dan Pencirian Fase Diam Kromatografi
Kolom Selulosa Berbasis Serabut Ampas Sagu. Dibimbing oleh TUN TEDJA
IRAWADI dan NOVRIYANDI HANIF.
Kopolimerisasi pencangkokan akrilamida (AAm) dan penautan-silang pada
selulosa serabut ampas sagu (α-selulosa 78.61%) telah dilakukan, dengan
menggunakan N,N’-metilena-bis-akrilamida (MBA) sebagai penaut-silang dan
inisiator amonium peroksidisulfat. Produk kopolimer selulosa-g-poliakrilamida
dicirikan dengan kapasitas serap air, nisbah pencangkokan, dan efisiensi
pencangkokannya sebagai pencirian awal. Produk juga dicirikan dengan
spektroskopi inframerah, mikroskopi elektron pemayaran, dan difraksi sinar-X.
Hasil pencirian menunjukkan bahwa kopolimer telah terbentuk. Modifikasi
sintesis berupa penambahan secara bertahap AAm dan MBA, serta peningkatan
konsentrasi MBA menyebabkan kapasitas serap air menurun, sedangkan nisbah
dan efisiensi pencangkokan meningkat. Produk kopolimer dapat diaplikasikan
sebagai fase diam kromatografi kolom fase normal, didukung oleh morfologi
permukaan yang berbentuk pori dan ketahanan yang baik terhadap pelarut
n-heksana, n-pentana, dan sikloheksana.
Kata kunci: akrilamida, kopolimerisasi, pencangkokan, selulosa, serabut ampas
sagu
ABSTRACT
MIA MAESAROH. Synthesis Modification and Characterization of Cellulose
Stationary Phase of Column Chromatograph Based on Sago Fibers. Supervised by
TUN TEDJA IRAWADI and NOVRIYANDI HANIF.
Grafting copolymerization of acrylamide (AAm) on cellulose derived from
sago fibers (α-cellulose 78.61%) has been performed by using
N,N'-methylene-bis-acrylamide (MBA) as cross-linker and ammonium
peroxydisulfate as initiator. The cellulose-g-polyacrylamide copolymer products
were characterized by their water absorption capacity, grafting ratio, and grafting
efficiency as the initial characterizations. Further characterizations was carried out
by using infrared spectroscopy, electron microscopy imaging, and X-ray
diffraction techniques. The characterization results showed that the copolymers
has been formed. Synthesis modification by sequential addition of AAm and
MBA, and increased concentration of MBA reduced the water absorption capacity,
whereas the grafting ratio and efficiency were increased. Copolymer products
could be applied as a stationary phase for normal-phase column chromatography,
based on the porous surface morphology as well as good resistance against
n-hexane, n-pentane, and cyclohexane solvents.
Key words: acrylamide, cellulose, copolymerization, grafting, sago fibers
MODIFIKASI SINTESIS DAN PENCIRIAN FASE DIAM
KROMATOGRAFI KOLOM SELULOSA BERBASIS
SERABUT AMPAS SAGU
MIA MAESAROH
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PRAKATA
Assalamualaikum Wr. Wb.
Puji dan syukur ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya yang
berlimpah sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini yang
dilaksanakan sejak bulan Februari sampai Agustus 2013. Tema yang dipilih
adalah sintesis dan pencirian fase diam, dengan judul Modifikasi Sintesis dan
Pencirian Fase Diam Kromatografi Kolom Selulosa Berbasis Serabut Ampas Sagu
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen
Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian
Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat Ibu Tun Tedja
Irawadi dan Bapak Novriyandi Hanif selaku pembimbing. Ucapan terima kasih
juga penulis sampaikan kepada Ibu Henny Purwaningsih, Bapak Muhammad
Farid, dan Bapak Mohammad Khotib yang senantiasa memberikan bimbingan,
semangat, dan doa kepada penulis, serta kepada Kepala Laboratorium Kimia
Terpadu (LT IPB) atas fasilitas yang diberikan selama penulis melakukan
penelitian dan staf LT, yaitu Kak Indah, Kak Baim, Kak Ika, Kak Fudhail, dan
Kak Yono atas bantuan serta masukan selama penelitian berlangsung. Penulis juga
mengucapkan terima kasih kepada teman-teman LT (Tati, Noni, Rahmawati,
Lestari, Shinta, Agy, Pebri, Denar, Rahmi, Christiyan, Ilham, dan Fahmiy), Bapak
Furqoni, Bapak Uud, Ibu Ani, Bibi, Kak Lilik, Garda, Kak Fadli, Tri, Yusni,
Mela, Febrina, Sity, Putri, Ulfah, Irma, Irka, Wilda, dan Fitria. yang turut
memberikan motivasi dalam pembuatan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih
juga disampaikan kepada Ayah, Ibu, serta seluruh keluarga, atas doa dan kasih
sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat. Terima kasih.
Wassalamualaikum Wr. Wb.
Bogor, September 2013
Mia Maesaroh
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Preparasi Sampel dan Isolasi Selulosa Serabut Ampas Sagu
Pencirian Isolat Selulosa
Sintesis Fase Diam Selulosa-g-Poliakrilamida
Pencirian Fase Diam Selulosa-g-poliakrilamida
HASIL DAN PEMBAHASAN
Selulosa-g-Poliakrilamida
Ciri-ciri Selulosa-g-Poliakrilamida
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vii
vii
1
2
2
2
2
2
3
5
5
8
11
11
12
12
14
22
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Selulosa serabut ampas sagu
Pembentukan radikal amonium sulfat dari inisiator APS
Pengaktifan molekul selulosa oleh APS
Pembentukan radikal selulosa-O-CH2-CH•-CONH2 (tahap inisiasi) dan
pemanjangan rantai cabang yang tercangkok (tahap propagasi)
Kapasitas serap air isolat selulosa dan selulosa-g-poliakrilamida
Nisbah dan efisiensi pencangkokan selulosa-g-poliakrilamida
Spektrum FTIR isolat selulosa dan selulosa-g-poliakrilamida dengan
penaut-silang MBA 3.33%, 5.00%, dan 6.67%
Fotograf SEM isolat selulosa dan selulosa-g-poliakrilamida dengan
penaut-silang MBA 3.33%, 5.00%, dan 6.67% pada perbesaran 750×
dan 1500×
Difraktogram isolat selulosa dan selulosa-g-poliakrilamida 3.33%,
5.00%, dan 6.67%
Selisih indeks bias (×10-4) pelarut murni terhadap pelarut yang telah
digunakan untuk maserasi sampel polimer
5
6
6
6
7
7
8
9
10
11
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
Diagram alir penelitian
Radas pencangkokan dan penautan-silang
Komponen kimia selulosa serabut ampas sagu
Pembentukan kopolimer selulosa-g-poliakrilamida
Hasil pembuatan kopolimer selulosa-g-poliakrilamida
Kapasitas serap air isolat selulosa dan selulosa-g-poliakrilamida
Hasil pengukuran kadar nitrogen, nisbah pencangkokan, dan efisiensi
pencangkokan
8 Indeks bias sampel kopolimer pada uji daya tahan terhadap pelarut
14
15
15
16
17
18
19
21
PENDAHULUAN
Bahan baku terbarukan mendapatkan perhatian yang semakin besar dalam
kebutuhan global untuk konservasi lingkungan saat ini. Hal itu disebabkan oleh
semakin berkurangnya ketersediaan cadangan bahan baku dari sumber daya alam
takterbarukan (Song et al. 2008). Menurut Ekebafe et al. (2011), selulosa
berpotensi dikembangkan menjadi salah satu bahan baku kimia terbarukan.
Potensi tersebut ditunjang dengan ketersediaan selulosa yang melimpah di alam,
biokompatibilitas, dan sifat ramah lingkungannya. Selulosa telah lama digunakan
dalam aplikasi industri tekstil, kertas, plastik, zat aditif, dan propelan (Hon 1994).
Salah satu sumber selulosa yang potensial adalah serabut ampas sagu yang
mengandung banyak gugus fungsi sehingga cocok untuk derivatisasi kimia.
Modifikasi selulosa melalui teknik pencangkokan dan penautan-silang
merupakan salah satu metode yang penting dalam menggabungkan keunggulan
makromolekul alami dan sintetis untuk berbagai aplikasi potensial (Nishio 2006).
Penggabungan tersebut bertujuan memperbaiki sifat-sifat selulosa seperti
kemampuan menyerap air, elastisitas, kemampuan menukar ion, ketahanan
terhadap panas, dan ketahanan terhadap serangan mikrob. Hal tersebut bergantung
pada struktur kimia monomer yang dicangkokan pada selulosa (Ekebafe et al.
2011). Kopolimerisasi pencangkokan selulosa menggunakan berbagai teknik
konvensional telah cukup banyak diteliti. Sebagian besar teknik yang digunakan
didasarkan pada metode polimerisasi radikal-bebas. Tapak radikal bebas ini
dihasilkan di sepanjang tulang punggung selulosa (Okieimen 2003, Gupta dan
Khandekar 2006, Lin et al. 2009, Ekebafe et al. 2011, Routray dan Tosh 2012).
Pencangkokan dilakukan untuk membuat percabangan polimer pada
selulosa sebagai tulang punggung melalui gugus hidroksil di posisi C2, C3, dan
C6 (Ekebafe et al. 2011), tanpa menghancurkan sifat baik dari serat selulosa,
sedangkan modifikasi penautan-silang bertujuan memperbaiki sifat tertentu
selulosa seperti ketahanan kusut atau pengerutan, melalui pembentukan jejaring
berdimensi tiga (Achmadi 1990). Kopolimer cangkok dan taut-silang digunakan
antara lain untuk superabsorben (Chen et al. 2008), dalam teknologi pengolahan
air (Chauhan dan Lal 2003, Sharma dan Chauhan 2009), dan sebagai fase diam.
Selulosa termodifikasi-akrilamida melalui pencangkokan dan penautan-silang
telah disintesis oleh Setyorini (2011), Irma (2012), dan Khasanah (2013).
Penambahan monomer akrilamida (AAm) dan penaut-silang N,N’-metilena-bisakrilamida (MBA) dilakukan secara bersamaan setelah penambahan inisiator
amonium peroksidisulfat (APS) (Liang et al. 2009). Produk kopolimer yang
diperoleh memiliki nisbah pencangkokan dan efisiensi pencangkokan yang masih
kecil, dan kapasitas serap airnya masih besar. Selain itu, analisis gugus fungsi
menunjukkan bahwa kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang belum
berlangsung optimum.
Penelitian ini bertujuan memodifikasi proses kopolimerisasi pencangkokan
dan penautan-silang untuk sintesis fase diam. Penambahan monomer AAm dan
penaut-silang MBA dilakukan secara bertahap untuk meningkatkan nisbah
pencangkokan dan efisiensi pencangkokan, serta menurunkan kapasitas serap air.
Produk modifikasi dicirikan melalui analisis gugus fungsi dengan
spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR), analisis morfologi
2
permukaan dengan mikroskop elektron pemayaran (SEM), dan analisis
kristalinitas menggunakan difraktometer sinar-X (XRD).
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah serabut ampas sagu (Metroxylon sago),
akrilamida, ammonium peroksidisulfat, dan N,N’-metilena-bis-akrilamida p.a
(Merck), gas N2 (BOC), metanol, etanol, aseton, kloroform, dan n-heksana p.a
(Smart), etil asetat p.a (Mallinckrodt Chemicals), 1,4-dioksana p.a (BDH Ltd.),
sikloheksana, n-pentana, diklorometana, dan dietil eter p.a (Merck), serta bahan
kimia untuk analisis kadar nitrogen dan analisis spektrum FTIR.
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer FTIR IRPrestige-21
Shimadzu, SEM JEOL T330A (LIPI, Bandung), XRD Shimadzu XRD-7000
(Puslitbang Hutan Bogor), refraktometer Abbè, radas sintesis, mantel pemanas,
radas refluks, radas kjeldahl, shaker, neraca analitik, hot plate, mesin penggiling,
motor pengaduk, dan peralatan kaca.
Preparasi Sampel dan Isolasi Selulosa Serabut Ampas Sagu
Ampas sagu yang digunakan berasal dari Tanah Baru, Bogor. Serabut
ampas sagu diseleksi. Serabut yang masih dalam kondisi baik dikeringkan di
bawah sinar matahari hingga kering, kemudian digiling hingga berukuran 40 mesh.
Selulosa diisolasi dari serabut ampas sagu (modifikasi SNI 3729-2008; modifikasi
Sun et al. 2005) dan diperoleh isolat selulosa.
Pencirian Isolat Selulosa
Pencirian isolat selulosa meliputi penetapan kadar α-selulosa (ASTM 110360), lignin (TAPPI T 13 m-45), holoselulosa (ASTM 1104-56), hemiselulosa,
analisis gugus fungsi dari spektrum FTIR, analisis morfologi permukaan dari
fotograf SEM, dan analisis kristalinitas dari difraktogram XRD. Diagram alir
penelitian selengkapnya diberikan pada Lampiran 1.
Sintesis Fase Diam Selulosa-g-Poliakrilamida
Kopolimerisasi Pencangkokan dan Penautan-Silang (modifikasi Khasanah
2013)
Kopolimer cangkok dan taut-silang selulosa-g-poliakrilamida disintesis
dengan nisbah 3:1 (b/b) antara selulosa dan monomer akrilamida dalam 30 g.
Sampel selulosa sejumlah 22.5 g dimasukkan ke dalam radas labu leher tiga
3
(Lampiran 2) kemudian ditambah 150 mL akuades. Campuran dipanaskan sambil
diaduk dengan kecepatan 200 rpm hingga mencapai suhu 90–95 °C. Setelah
mencapai suhu 90 °C, dialirkan gas N2 dan suhu dibiarkan konstan selama 30
menit. Setelah itu, suhu diturunkan menjadi 60–65 °C dan ditambahkan 0.25 g
inisiator APS yang dilarutkan dengan 12.5 mL akuades. Pemanasan diteruskan
sampai 15 menit. Selanjutnya, ditambahkan penaut-silang MBA (1.0 g, 1.5 g, 2.0
g) dan 7.5 g monomer AAm yang dilarutkan dalam 200 mL akuades dengan
penambahan 3 tetes/detik (Metode A). Tahap ini dimodifikasi dengan AAm
ditambahkan terlebih dahulu sebelum penambahan MBA (Metode B). Suhu
pemanasan dinaikkan menjadi 70 °C dan dijaga konstan selama 3 jam.
Pencucian Gel (Teli dan Waghmare 2009, Al Karawi et al. 2011, Khasanah
2013)
Produk kopolimerisasi (dalam bentuk gel) ditambahkan dengan 150 mL
metanol, lalu diaduk selama 30 menit dengan kecepatan pengadukan 200 rpm.
Setelah itu, ditambahkan 150 mL etanol dan diaduk kembali dengan kecepatan
400 rpm selama 5 menit. Campuran didiamkan selama 30 menit, lalu dipisahkan
dari cairan alkohol pencuci dan direfluks dengan 200 mL aseton pada suhu 70 °C
selama 1 jam. Gel dikeringkan dalam oven pada suhu 60 °C hingga mencapai
bobot konstan kemudian dihaluskan. Produk yang dihasilkan dinamakan selulosag-poliakrilamida.
Pencirian Fase Diam Selulosa-g-poliakrilamida
Pencirian fase diam selulosa-g-poliakrilamida meliputi analisis kadar
nitrogen, uji kapasitas serap air, analisis gugus fungsi dari spektrum FTIR, analisis
morfologi permukaan dari fotograf SEM, dan analisis kristalinitas dari
difraktogram XRD.
Uji Kapasitas Serap Air (modifikasi Liu et al. 2007)
Sejumlah 0.1 g sampel selulosa-g-poliakrilamida dan isolat selulosa masingmasing ditimbang dan dimasukkan dalam botol bertutup, kemudian ditambahkan
200 mL akuades dan didiamkan pada suhu ruang selama 24 jam. Setelah 24 jam,
sampel yang telah menyerap air disaring dengan penyaring 400 mesh hingga tidak
ada air yang menetes lagi. Kapasitas serap dihitung dengan menggunakan
persamaan
Keterangan:
WA = kapasitas serap air (%)
W0 = bobot awal polimer (g)
W1 = bobot polimer yang mengembang (g)
%
Analisis Kadar Nitrogen (Metode Kjeldahl)
Fase diam ditimbang 0.1 g dan dimasukkan ke dalam labu kjeldahl 100 mL.
Setelah itu, ditambahkan 2 g campuran selen dan 10 mL H2SO4 pekat. Campuran
4
didestruksi dengan cara dipanaskan di atas api pembakar bunsen sampai mendidih
dan larutan menjadi jernih kehijau-hijauan, lalu dibiarkan hingga dingin di udara
terbuka. Alat distilasi untuk penetapan nitrogen disiapkan. Pada bagian
penampung disiapkan 20 mL larutan asam borat 2% yang telah ditambahkan
campuran indikator merah metil dan hijau bromokresol (ujung pipa kondensor
harus selalu tercelup dalam larutan asam borat selama proses penyulingan).
Larutan hasil destruksi dipindahkan ke labu kjeldahl 500 mL, lalu dibilas dengan
150 mL air suling dan 50 mL NaOH 40%. Selanjutnya, labu dengan cepat
dihubungkan dengan alat distilasi kjeldahl. Proses distilasi dijalankan hingga
volume larutan dalam penampung sekitar 150 mL atau terjadi letupan dalam labu
distilasi. Proses distilasi dihentikan, lalu bagian dalam kondensor dan ujung pipa
dibilas dengan air suling. Distilat dititrasi dengan larutan HCl 0.1 N hingga titik
akhir tercapai (warna larutan berubah dari hijau menjadi merah muda).
%N=
(V1 – V2 ) × NHCl × BE N
× 100%
W
Keterangan:
= bobot sampel (mg)
W
V1
= volume titrasi sampel (mL)
V0
= volume titrasi blangko (mL)
N HCl = normalitas HCl (N)
BE N
= bobot ekuivalen nitrogen (14 g/ek)
Nisbah dan efisiensi pencangkokan (NP dan EP) ditentukan dengan persamaan
berikut (modifikasi Lanthong et al. 2006):
NP % =
100% [% N × (BM AAm/BA N)]
100% – [% N × (BM AAm/BA N)]
EP % =
% N percobaan
× 100%
% N teoretis
Analisis FTIR
Sejumlah 0.005 g sampel selulosa-g-poliakrilamida dan isolat selulosa
masing-masing dicampur dengan 0.1 g KBr. Campuran digerus sampai halus dan
homogen kemudian dipanaskan dalam oven 40 °C selama 24 jam. Campuran lalu
dianalisis dengan spektrofotometer FTIR IRPrestige-21 Shimadzu.
Uji Kapasitas Tahan terhadap Pelarut
Pelarut yang digunakan adalah n-heksana, dietil eter, etanol, metanol,
diklorometana, etil asetat, sikloheksana, n-pentana, 1,4-dioksana, kloroform, dan
aseton. Sejumlah 0.5 g sampel selulosa-g-poliakrilamida dan isolat selulosa
masing-masing dalam vial 15 mL ditambahkan 10 mL pelarut kemudian
didiamkan selama 3×24 jam sambil sesekali diaduk. Setelah 3 hari, indeks bias
diukur menggunakan refraktometer Abbè dengan pelarut sebagai blangko.
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Selulosa-g-Poliakrilamida
Modifikasi selulosa serabut ampas sagu dilakukan melalui reaksi
kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang. Isolat selulosa yang diperoleh
dari serabut ampas sagu berperan sebagai kerangka utama (backbone) yang akan
dicangkokkan monomer AAm dan selanjutnya ditaut-silangkan oleh MBA. Isolat
selulosa tersebut mengandung beberapa komponen kimia, antara lain lignin dan αselulosa (Lampiran 3).
Gambar 1 Selulosa serabut ampas sagu
Selulosa serabut ampas sagu mengandung α-selulosa sebesar 78.61%.
Komponen kimia α-selulosa dipakai sebagai penduga tingkat kemurnian selulosa.
Semakin tinggi kadar α-selulosa, semakin baik mutu bahannya (Sumada et al.
2011). Komponen kimia tersebut berperan penting dalam proses pencangkokan
dan penautan-silang, yang berlangsung dalam 3 tahap, yaitu inisiasi, propagasi,
dan terminasi.
Tahap inisiasi diawali dengan pembentukan radikal inisiator APS (Gambar
2) dalam media larutan pada suhu 60–65 °C (Liu et al. 2007 dan Liang et al.
2009). Tapak aktif selulosa yang telah bertambah sebagai akibat pemanasan pada
suhu 90 °C dalam media air akan diserang oleh radikal APS sehingga terbentuk
radikal selulosa (Gambar 3). Radikal APS menyerang selulosa dengan cara
mengambil atom hidrogen dari gugus –OH di posisi C6, tapak paling reaktif
dalam selulosa (Achmadi 1990). Selanjutnya pada tahap propagasi, radikal
selulosa bereaksi dengan molekul monomer AAm membentuk radikal selulosa-OCH2-CH•-CONH2 melalui adisi ikatan rangkap C=C pada monomer AAm. Proses
ini berlanjut hingga terbentuk rantai cangkok poliakrilamida yang panjang pada
tulang punggung selulosa (Gambar 4). Pada tahap terminasi, radikal-radikal
selulosa-O-CH2-CH•-CONH2 akan ditaut-silangkan oleh MBA membentuk
kopolimer cangkok dan taut-silang (Lampiran 4). Data hasil sintesis dapat dilihat
pada Lampiran 5.
6
Gambar 2 Pembentukan radikal ammonium sulfat dari inisiator APS
Gambar 3 Pengaktifan molekul selulosa oleh APS
Gambar 4 Pembentukan radikal selulosa-O-CH2-CH•-CONH2 (tahap inisiasi) dan
pemanjangan rantai cabang yang tercangkok (tahap propagasi)
Selulosa serabut ampas sagu yang telah dimodifikasi dinamakan selulosa-gpoliakrilamida. Identifikasi awal selulosa-g-poliakrilamida meliputi nilai kapasitas
serap air, nisbah dan efisiensi pencangkokan (Lanthong et al. 2006). Kapasitas
serap air selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 6.
Konsentrasi MBA tidak berpengaruh signifikan pada nilai kapasitas serap
(Gambar 5). Produk dengan konsentrasi MBA 6.67% memiliki kapasitas serap
yang kecil, baik menggunakan metode A maupun B. Hal ini menunjukkan bahwa
struktur rongga yang dihasilkan rapat sehingga tidak dapat menyerap banyak air.
Menurut Liu et al. (2007), pembentukan taut-silang akan membentuk rongga 3
dimensi yang dapat memerangkap air, tetapi dalam jumlah terbatas. Selulosa
termodifikasi dengan nilai kapasitas serap air yang kecil berpotensi untuk
diaplikasikan sebagai fase diam kromatografi fase normal seperti silika gel. Pada
kromatografi fase normal tersebut, air digunakan sebagai bahan aditif fase gerak
dalam mendukung proses pemisahan. Oleh karena itu, fase diam yang digunakan
tidak boleh berinteraksi dengan air.
Kapasitas serap
air (%)
7
100
8
6
4
2
0
3.33
5.00
6.67
MBA (%
%)
Gam
mbar 5 Kappasitas seraap air selulosa-g-poliaakrilamida metode A (
meetode B ( )
) dan
42
40
38
36
34
32
30
Gam
mbar 6
9
95
% EP
% NP
Nilai nissbah pencaangkokan (NP) dan efisiensi pencangkookan (EP)
M
(Gambbar 6). Hal
meniingkat seirinng meningkkatnya konsentrasi penaaut-silang MBA
terseebut membuuktikan bahw
wa taut-silanng semakin
n banyak terrbentuk dalaam produk.
Nilaii NP dan EP
P terbesar diperoleh
d
paada produk sintesis
s
denngan konsenntrasi MBA
tertinngggi (6.67%
%), yaitu berturut-turu
b
ut 41.09% dan
d 93.51%
% untuk mettode B dan
39.199% dan 90.40% untukk metode A.
A NP meru
upakan perssentase penncangkokan
monoomer terhaddap jumlahh selulosa awal,
a
sedan
ngkan EP merupakan
m
persentase
jumlah monomeer yang terrcangkok teerhadap jum
mlah monom
mer pada aawal reaksi
(Lannthong et al.
a 2006). Nilai NP dan EP seelengkapnyaa dapat diilihat pada
Lamppiran 7.
9
90
8
85
3.33 5.00 6.667
3.33 5.00 6.67
M
MBA
(%)
MBA (%))
N
Nisbah
dann efisiensii pencangk
kokan seluulosa-g-poliiakrilamida
( metode A,
A
metodde B)
EP dipenggaruhi oleh kandungann lignin dallam selulossa karena lignin dapat
mengghambat peembentukann makroraddikal. Men
nurut Borbeely (2005), EP akan
optim
mum jika kaandungan liignin dalam
m selulosa
KROMATOGRAFI KOLOM SELULOSA BERBASIS
SERABUT AMPAS SAGU
MIA MAESAROH
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Modifikasi Sintesis dan
Pencirian Fase Diam Kromatografi Kolom Selulosa Berbasis Serabut Ampas Sagu
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2013
Mia Maesaroh
NIM G44090019
ABSTRAK
MIA MAESAROH. Modifikasi Sintesis dan Pencirian Fase Diam Kromatografi
Kolom Selulosa Berbasis Serabut Ampas Sagu. Dibimbing oleh TUN TEDJA
IRAWADI dan NOVRIYANDI HANIF.
Kopolimerisasi pencangkokan akrilamida (AAm) dan penautan-silang pada
selulosa serabut ampas sagu (α-selulosa 78.61%) telah dilakukan, dengan
menggunakan N,N’-metilena-bis-akrilamida (MBA) sebagai penaut-silang dan
inisiator amonium peroksidisulfat. Produk kopolimer selulosa-g-poliakrilamida
dicirikan dengan kapasitas serap air, nisbah pencangkokan, dan efisiensi
pencangkokannya sebagai pencirian awal. Produk juga dicirikan dengan
spektroskopi inframerah, mikroskopi elektron pemayaran, dan difraksi sinar-X.
Hasil pencirian menunjukkan bahwa kopolimer telah terbentuk. Modifikasi
sintesis berupa penambahan secara bertahap AAm dan MBA, serta peningkatan
konsentrasi MBA menyebabkan kapasitas serap air menurun, sedangkan nisbah
dan efisiensi pencangkokan meningkat. Produk kopolimer dapat diaplikasikan
sebagai fase diam kromatografi kolom fase normal, didukung oleh morfologi
permukaan yang berbentuk pori dan ketahanan yang baik terhadap pelarut
n-heksana, n-pentana, dan sikloheksana.
Kata kunci: akrilamida, kopolimerisasi, pencangkokan, selulosa, serabut ampas
sagu
ABSTRACT
MIA MAESAROH. Synthesis Modification and Characterization of Cellulose
Stationary Phase of Column Chromatograph Based on Sago Fibers. Supervised by
TUN TEDJA IRAWADI and NOVRIYANDI HANIF.
Grafting copolymerization of acrylamide (AAm) on cellulose derived from
sago fibers (α-cellulose 78.61%) has been performed by using
N,N'-methylene-bis-acrylamide (MBA) as cross-linker and ammonium
peroxydisulfate as initiator. The cellulose-g-polyacrylamide copolymer products
were characterized by their water absorption capacity, grafting ratio, and grafting
efficiency as the initial characterizations. Further characterizations was carried out
by using infrared spectroscopy, electron microscopy imaging, and X-ray
diffraction techniques. The characterization results showed that the copolymers
has been formed. Synthesis modification by sequential addition of AAm and
MBA, and increased concentration of MBA reduced the water absorption capacity,
whereas the grafting ratio and efficiency were increased. Copolymer products
could be applied as a stationary phase for normal-phase column chromatography,
based on the porous surface morphology as well as good resistance against
n-hexane, n-pentane, and cyclohexane solvents.
Key words: acrylamide, cellulose, copolymerization, grafting, sago fibers
MODIFIKASI SINTESIS DAN PENCIRIAN FASE DIAM
KROMATOGRAFI KOLOM SELULOSA BERBASIS
SERABUT AMPAS SAGU
MIA MAESAROH
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PRAKATA
Assalamualaikum Wr. Wb.
Puji dan syukur ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya yang
berlimpah sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini yang
dilaksanakan sejak bulan Februari sampai Agustus 2013. Tema yang dipilih
adalah sintesis dan pencirian fase diam, dengan judul Modifikasi Sintesis dan
Pencirian Fase Diam Kromatografi Kolom Selulosa Berbasis Serabut Ampas Sagu
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen
Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian
Bogor.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada yang terhormat Ibu Tun Tedja
Irawadi dan Bapak Novriyandi Hanif selaku pembimbing. Ucapan terima kasih
juga penulis sampaikan kepada Ibu Henny Purwaningsih, Bapak Muhammad
Farid, dan Bapak Mohammad Khotib yang senantiasa memberikan bimbingan,
semangat, dan doa kepada penulis, serta kepada Kepala Laboratorium Kimia
Terpadu (LT IPB) atas fasilitas yang diberikan selama penulis melakukan
penelitian dan staf LT, yaitu Kak Indah, Kak Baim, Kak Ika, Kak Fudhail, dan
Kak Yono atas bantuan serta masukan selama penelitian berlangsung. Penulis juga
mengucapkan terima kasih kepada teman-teman LT (Tati, Noni, Rahmawati,
Lestari, Shinta, Agy, Pebri, Denar, Rahmi, Christiyan, Ilham, dan Fahmiy), Bapak
Furqoni, Bapak Uud, Ibu Ani, Bibi, Kak Lilik, Garda, Kak Fadli, Tri, Yusni,
Mela, Febrina, Sity, Putri, Ulfah, Irma, Irka, Wilda, dan Fitria. yang turut
memberikan motivasi dalam pembuatan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih
juga disampaikan kepada Ayah, Ibu, serta seluruh keluarga, atas doa dan kasih
sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat. Terima kasih.
Wassalamualaikum Wr. Wb.
Bogor, September 2013
Mia Maesaroh
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Preparasi Sampel dan Isolasi Selulosa Serabut Ampas Sagu
Pencirian Isolat Selulosa
Sintesis Fase Diam Selulosa-g-Poliakrilamida
Pencirian Fase Diam Selulosa-g-poliakrilamida
HASIL DAN PEMBAHASAN
Selulosa-g-Poliakrilamida
Ciri-ciri Selulosa-g-Poliakrilamida
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
RIWAYAT HIDUP
vii
vii
1
2
2
2
2
2
3
5
5
8
11
11
12
12
14
22
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Selulosa serabut ampas sagu
Pembentukan radikal amonium sulfat dari inisiator APS
Pengaktifan molekul selulosa oleh APS
Pembentukan radikal selulosa-O-CH2-CH•-CONH2 (tahap inisiasi) dan
pemanjangan rantai cabang yang tercangkok (tahap propagasi)
Kapasitas serap air isolat selulosa dan selulosa-g-poliakrilamida
Nisbah dan efisiensi pencangkokan selulosa-g-poliakrilamida
Spektrum FTIR isolat selulosa dan selulosa-g-poliakrilamida dengan
penaut-silang MBA 3.33%, 5.00%, dan 6.67%
Fotograf SEM isolat selulosa dan selulosa-g-poliakrilamida dengan
penaut-silang MBA 3.33%, 5.00%, dan 6.67% pada perbesaran 750×
dan 1500×
Difraktogram isolat selulosa dan selulosa-g-poliakrilamida 3.33%,
5.00%, dan 6.67%
Selisih indeks bias (×10-4) pelarut murni terhadap pelarut yang telah
digunakan untuk maserasi sampel polimer
5
6
6
6
7
7
8
9
10
11
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
Diagram alir penelitian
Radas pencangkokan dan penautan-silang
Komponen kimia selulosa serabut ampas sagu
Pembentukan kopolimer selulosa-g-poliakrilamida
Hasil pembuatan kopolimer selulosa-g-poliakrilamida
Kapasitas serap air isolat selulosa dan selulosa-g-poliakrilamida
Hasil pengukuran kadar nitrogen, nisbah pencangkokan, dan efisiensi
pencangkokan
8 Indeks bias sampel kopolimer pada uji daya tahan terhadap pelarut
14
15
15
16
17
18
19
21
PENDAHULUAN
Bahan baku terbarukan mendapatkan perhatian yang semakin besar dalam
kebutuhan global untuk konservasi lingkungan saat ini. Hal itu disebabkan oleh
semakin berkurangnya ketersediaan cadangan bahan baku dari sumber daya alam
takterbarukan (Song et al. 2008). Menurut Ekebafe et al. (2011), selulosa
berpotensi dikembangkan menjadi salah satu bahan baku kimia terbarukan.
Potensi tersebut ditunjang dengan ketersediaan selulosa yang melimpah di alam,
biokompatibilitas, dan sifat ramah lingkungannya. Selulosa telah lama digunakan
dalam aplikasi industri tekstil, kertas, plastik, zat aditif, dan propelan (Hon 1994).
Salah satu sumber selulosa yang potensial adalah serabut ampas sagu yang
mengandung banyak gugus fungsi sehingga cocok untuk derivatisasi kimia.
Modifikasi selulosa melalui teknik pencangkokan dan penautan-silang
merupakan salah satu metode yang penting dalam menggabungkan keunggulan
makromolekul alami dan sintetis untuk berbagai aplikasi potensial (Nishio 2006).
Penggabungan tersebut bertujuan memperbaiki sifat-sifat selulosa seperti
kemampuan menyerap air, elastisitas, kemampuan menukar ion, ketahanan
terhadap panas, dan ketahanan terhadap serangan mikrob. Hal tersebut bergantung
pada struktur kimia monomer yang dicangkokan pada selulosa (Ekebafe et al.
2011). Kopolimerisasi pencangkokan selulosa menggunakan berbagai teknik
konvensional telah cukup banyak diteliti. Sebagian besar teknik yang digunakan
didasarkan pada metode polimerisasi radikal-bebas. Tapak radikal bebas ini
dihasilkan di sepanjang tulang punggung selulosa (Okieimen 2003, Gupta dan
Khandekar 2006, Lin et al. 2009, Ekebafe et al. 2011, Routray dan Tosh 2012).
Pencangkokan dilakukan untuk membuat percabangan polimer pada
selulosa sebagai tulang punggung melalui gugus hidroksil di posisi C2, C3, dan
C6 (Ekebafe et al. 2011), tanpa menghancurkan sifat baik dari serat selulosa,
sedangkan modifikasi penautan-silang bertujuan memperbaiki sifat tertentu
selulosa seperti ketahanan kusut atau pengerutan, melalui pembentukan jejaring
berdimensi tiga (Achmadi 1990). Kopolimer cangkok dan taut-silang digunakan
antara lain untuk superabsorben (Chen et al. 2008), dalam teknologi pengolahan
air (Chauhan dan Lal 2003, Sharma dan Chauhan 2009), dan sebagai fase diam.
Selulosa termodifikasi-akrilamida melalui pencangkokan dan penautan-silang
telah disintesis oleh Setyorini (2011), Irma (2012), dan Khasanah (2013).
Penambahan monomer akrilamida (AAm) dan penaut-silang N,N’-metilena-bisakrilamida (MBA) dilakukan secara bersamaan setelah penambahan inisiator
amonium peroksidisulfat (APS) (Liang et al. 2009). Produk kopolimer yang
diperoleh memiliki nisbah pencangkokan dan efisiensi pencangkokan yang masih
kecil, dan kapasitas serap airnya masih besar. Selain itu, analisis gugus fungsi
menunjukkan bahwa kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang belum
berlangsung optimum.
Penelitian ini bertujuan memodifikasi proses kopolimerisasi pencangkokan
dan penautan-silang untuk sintesis fase diam. Penambahan monomer AAm dan
penaut-silang MBA dilakukan secara bertahap untuk meningkatkan nisbah
pencangkokan dan efisiensi pencangkokan, serta menurunkan kapasitas serap air.
Produk modifikasi dicirikan melalui analisis gugus fungsi dengan
spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR), analisis morfologi
2
permukaan dengan mikroskop elektron pemayaran (SEM), dan analisis
kristalinitas menggunakan difraktometer sinar-X (XRD).
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah serabut ampas sagu (Metroxylon sago),
akrilamida, ammonium peroksidisulfat, dan N,N’-metilena-bis-akrilamida p.a
(Merck), gas N2 (BOC), metanol, etanol, aseton, kloroform, dan n-heksana p.a
(Smart), etil asetat p.a (Mallinckrodt Chemicals), 1,4-dioksana p.a (BDH Ltd.),
sikloheksana, n-pentana, diklorometana, dan dietil eter p.a (Merck), serta bahan
kimia untuk analisis kadar nitrogen dan analisis spektrum FTIR.
Alat-alat yang digunakan adalah spektrofotometer FTIR IRPrestige-21
Shimadzu, SEM JEOL T330A (LIPI, Bandung), XRD Shimadzu XRD-7000
(Puslitbang Hutan Bogor), refraktometer Abbè, radas sintesis, mantel pemanas,
radas refluks, radas kjeldahl, shaker, neraca analitik, hot plate, mesin penggiling,
motor pengaduk, dan peralatan kaca.
Preparasi Sampel dan Isolasi Selulosa Serabut Ampas Sagu
Ampas sagu yang digunakan berasal dari Tanah Baru, Bogor. Serabut
ampas sagu diseleksi. Serabut yang masih dalam kondisi baik dikeringkan di
bawah sinar matahari hingga kering, kemudian digiling hingga berukuran 40 mesh.
Selulosa diisolasi dari serabut ampas sagu (modifikasi SNI 3729-2008; modifikasi
Sun et al. 2005) dan diperoleh isolat selulosa.
Pencirian Isolat Selulosa
Pencirian isolat selulosa meliputi penetapan kadar α-selulosa (ASTM 110360), lignin (TAPPI T 13 m-45), holoselulosa (ASTM 1104-56), hemiselulosa,
analisis gugus fungsi dari spektrum FTIR, analisis morfologi permukaan dari
fotograf SEM, dan analisis kristalinitas dari difraktogram XRD. Diagram alir
penelitian selengkapnya diberikan pada Lampiran 1.
Sintesis Fase Diam Selulosa-g-Poliakrilamida
Kopolimerisasi Pencangkokan dan Penautan-Silang (modifikasi Khasanah
2013)
Kopolimer cangkok dan taut-silang selulosa-g-poliakrilamida disintesis
dengan nisbah 3:1 (b/b) antara selulosa dan monomer akrilamida dalam 30 g.
Sampel selulosa sejumlah 22.5 g dimasukkan ke dalam radas labu leher tiga
3
(Lampiran 2) kemudian ditambah 150 mL akuades. Campuran dipanaskan sambil
diaduk dengan kecepatan 200 rpm hingga mencapai suhu 90–95 °C. Setelah
mencapai suhu 90 °C, dialirkan gas N2 dan suhu dibiarkan konstan selama 30
menit. Setelah itu, suhu diturunkan menjadi 60–65 °C dan ditambahkan 0.25 g
inisiator APS yang dilarutkan dengan 12.5 mL akuades. Pemanasan diteruskan
sampai 15 menit. Selanjutnya, ditambahkan penaut-silang MBA (1.0 g, 1.5 g, 2.0
g) dan 7.5 g monomer AAm yang dilarutkan dalam 200 mL akuades dengan
penambahan 3 tetes/detik (Metode A). Tahap ini dimodifikasi dengan AAm
ditambahkan terlebih dahulu sebelum penambahan MBA (Metode B). Suhu
pemanasan dinaikkan menjadi 70 °C dan dijaga konstan selama 3 jam.
Pencucian Gel (Teli dan Waghmare 2009, Al Karawi et al. 2011, Khasanah
2013)
Produk kopolimerisasi (dalam bentuk gel) ditambahkan dengan 150 mL
metanol, lalu diaduk selama 30 menit dengan kecepatan pengadukan 200 rpm.
Setelah itu, ditambahkan 150 mL etanol dan diaduk kembali dengan kecepatan
400 rpm selama 5 menit. Campuran didiamkan selama 30 menit, lalu dipisahkan
dari cairan alkohol pencuci dan direfluks dengan 200 mL aseton pada suhu 70 °C
selama 1 jam. Gel dikeringkan dalam oven pada suhu 60 °C hingga mencapai
bobot konstan kemudian dihaluskan. Produk yang dihasilkan dinamakan selulosag-poliakrilamida.
Pencirian Fase Diam Selulosa-g-poliakrilamida
Pencirian fase diam selulosa-g-poliakrilamida meliputi analisis kadar
nitrogen, uji kapasitas serap air, analisis gugus fungsi dari spektrum FTIR, analisis
morfologi permukaan dari fotograf SEM, dan analisis kristalinitas dari
difraktogram XRD.
Uji Kapasitas Serap Air (modifikasi Liu et al. 2007)
Sejumlah 0.1 g sampel selulosa-g-poliakrilamida dan isolat selulosa masingmasing ditimbang dan dimasukkan dalam botol bertutup, kemudian ditambahkan
200 mL akuades dan didiamkan pada suhu ruang selama 24 jam. Setelah 24 jam,
sampel yang telah menyerap air disaring dengan penyaring 400 mesh hingga tidak
ada air yang menetes lagi. Kapasitas serap dihitung dengan menggunakan
persamaan
Keterangan:
WA = kapasitas serap air (%)
W0 = bobot awal polimer (g)
W1 = bobot polimer yang mengembang (g)
%
Analisis Kadar Nitrogen (Metode Kjeldahl)
Fase diam ditimbang 0.1 g dan dimasukkan ke dalam labu kjeldahl 100 mL.
Setelah itu, ditambahkan 2 g campuran selen dan 10 mL H2SO4 pekat. Campuran
4
didestruksi dengan cara dipanaskan di atas api pembakar bunsen sampai mendidih
dan larutan menjadi jernih kehijau-hijauan, lalu dibiarkan hingga dingin di udara
terbuka. Alat distilasi untuk penetapan nitrogen disiapkan. Pada bagian
penampung disiapkan 20 mL larutan asam borat 2% yang telah ditambahkan
campuran indikator merah metil dan hijau bromokresol (ujung pipa kondensor
harus selalu tercelup dalam larutan asam borat selama proses penyulingan).
Larutan hasil destruksi dipindahkan ke labu kjeldahl 500 mL, lalu dibilas dengan
150 mL air suling dan 50 mL NaOH 40%. Selanjutnya, labu dengan cepat
dihubungkan dengan alat distilasi kjeldahl. Proses distilasi dijalankan hingga
volume larutan dalam penampung sekitar 150 mL atau terjadi letupan dalam labu
distilasi. Proses distilasi dihentikan, lalu bagian dalam kondensor dan ujung pipa
dibilas dengan air suling. Distilat dititrasi dengan larutan HCl 0.1 N hingga titik
akhir tercapai (warna larutan berubah dari hijau menjadi merah muda).
%N=
(V1 – V2 ) × NHCl × BE N
× 100%
W
Keterangan:
= bobot sampel (mg)
W
V1
= volume titrasi sampel (mL)
V0
= volume titrasi blangko (mL)
N HCl = normalitas HCl (N)
BE N
= bobot ekuivalen nitrogen (14 g/ek)
Nisbah dan efisiensi pencangkokan (NP dan EP) ditentukan dengan persamaan
berikut (modifikasi Lanthong et al. 2006):
NP % =
100% [% N × (BM AAm/BA N)]
100% – [% N × (BM AAm/BA N)]
EP % =
% N percobaan
× 100%
% N teoretis
Analisis FTIR
Sejumlah 0.005 g sampel selulosa-g-poliakrilamida dan isolat selulosa
masing-masing dicampur dengan 0.1 g KBr. Campuran digerus sampai halus dan
homogen kemudian dipanaskan dalam oven 40 °C selama 24 jam. Campuran lalu
dianalisis dengan spektrofotometer FTIR IRPrestige-21 Shimadzu.
Uji Kapasitas Tahan terhadap Pelarut
Pelarut yang digunakan adalah n-heksana, dietil eter, etanol, metanol,
diklorometana, etil asetat, sikloheksana, n-pentana, 1,4-dioksana, kloroform, dan
aseton. Sejumlah 0.5 g sampel selulosa-g-poliakrilamida dan isolat selulosa
masing-masing dalam vial 15 mL ditambahkan 10 mL pelarut kemudian
didiamkan selama 3×24 jam sambil sesekali diaduk. Setelah 3 hari, indeks bias
diukur menggunakan refraktometer Abbè dengan pelarut sebagai blangko.
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Selulosa-g-Poliakrilamida
Modifikasi selulosa serabut ampas sagu dilakukan melalui reaksi
kopolimerisasi pencangkokan dan penautan-silang. Isolat selulosa yang diperoleh
dari serabut ampas sagu berperan sebagai kerangka utama (backbone) yang akan
dicangkokkan monomer AAm dan selanjutnya ditaut-silangkan oleh MBA. Isolat
selulosa tersebut mengandung beberapa komponen kimia, antara lain lignin dan αselulosa (Lampiran 3).
Gambar 1 Selulosa serabut ampas sagu
Selulosa serabut ampas sagu mengandung α-selulosa sebesar 78.61%.
Komponen kimia α-selulosa dipakai sebagai penduga tingkat kemurnian selulosa.
Semakin tinggi kadar α-selulosa, semakin baik mutu bahannya (Sumada et al.
2011). Komponen kimia tersebut berperan penting dalam proses pencangkokan
dan penautan-silang, yang berlangsung dalam 3 tahap, yaitu inisiasi, propagasi,
dan terminasi.
Tahap inisiasi diawali dengan pembentukan radikal inisiator APS (Gambar
2) dalam media larutan pada suhu 60–65 °C (Liu et al. 2007 dan Liang et al.
2009). Tapak aktif selulosa yang telah bertambah sebagai akibat pemanasan pada
suhu 90 °C dalam media air akan diserang oleh radikal APS sehingga terbentuk
radikal selulosa (Gambar 3). Radikal APS menyerang selulosa dengan cara
mengambil atom hidrogen dari gugus –OH di posisi C6, tapak paling reaktif
dalam selulosa (Achmadi 1990). Selanjutnya pada tahap propagasi, radikal
selulosa bereaksi dengan molekul monomer AAm membentuk radikal selulosa-OCH2-CH•-CONH2 melalui adisi ikatan rangkap C=C pada monomer AAm. Proses
ini berlanjut hingga terbentuk rantai cangkok poliakrilamida yang panjang pada
tulang punggung selulosa (Gambar 4). Pada tahap terminasi, radikal-radikal
selulosa-O-CH2-CH•-CONH2 akan ditaut-silangkan oleh MBA membentuk
kopolimer cangkok dan taut-silang (Lampiran 4). Data hasil sintesis dapat dilihat
pada Lampiran 5.
6
Gambar 2 Pembentukan radikal ammonium sulfat dari inisiator APS
Gambar 3 Pengaktifan molekul selulosa oleh APS
Gambar 4 Pembentukan radikal selulosa-O-CH2-CH•-CONH2 (tahap inisiasi) dan
pemanjangan rantai cabang yang tercangkok (tahap propagasi)
Selulosa serabut ampas sagu yang telah dimodifikasi dinamakan selulosa-gpoliakrilamida. Identifikasi awal selulosa-g-poliakrilamida meliputi nilai kapasitas
serap air, nisbah dan efisiensi pencangkokan (Lanthong et al. 2006). Kapasitas
serap air selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 6.
Konsentrasi MBA tidak berpengaruh signifikan pada nilai kapasitas serap
(Gambar 5). Produk dengan konsentrasi MBA 6.67% memiliki kapasitas serap
yang kecil, baik menggunakan metode A maupun B. Hal ini menunjukkan bahwa
struktur rongga yang dihasilkan rapat sehingga tidak dapat menyerap banyak air.
Menurut Liu et al. (2007), pembentukan taut-silang akan membentuk rongga 3
dimensi yang dapat memerangkap air, tetapi dalam jumlah terbatas. Selulosa
termodifikasi dengan nilai kapasitas serap air yang kecil berpotensi untuk
diaplikasikan sebagai fase diam kromatografi fase normal seperti silika gel. Pada
kromatografi fase normal tersebut, air digunakan sebagai bahan aditif fase gerak
dalam mendukung proses pemisahan. Oleh karena itu, fase diam yang digunakan
tidak boleh berinteraksi dengan air.
Kapasitas serap
air (%)
7
100
8
6
4
2
0
3.33
5.00
6.67
MBA (%
%)
Gam
mbar 5 Kappasitas seraap air selulosa-g-poliaakrilamida metode A (
meetode B ( )
) dan
42
40
38
36
34
32
30
Gam
mbar 6
9
95
% EP
% NP
Nilai nissbah pencaangkokan (NP) dan efisiensi pencangkookan (EP)
M
(Gambbar 6). Hal
meniingkat seirinng meningkkatnya konsentrasi penaaut-silang MBA
terseebut membuuktikan bahw
wa taut-silanng semakin
n banyak terrbentuk dalaam produk.
Nilaii NP dan EP
P terbesar diperoleh
d
paada produk sintesis
s
denngan konsenntrasi MBA
tertinngggi (6.67%
%), yaitu berturut-turu
b
ut 41.09% dan
d 93.51%
% untuk mettode B dan
39.199% dan 90.40% untukk metode A.
A NP meru
upakan perssentase penncangkokan
monoomer terhaddap jumlahh selulosa awal,
a
sedan
ngkan EP merupakan
m
persentase
jumlah monomeer yang terrcangkok teerhadap jum
mlah monom
mer pada aawal reaksi
(Lannthong et al.
a 2006). Nilai NP dan EP seelengkapnyaa dapat diilihat pada
Lamppiran 7.
9
90
8
85
3.33 5.00 6.667
3.33 5.00 6.67
M
MBA
(%)
MBA (%))
N
Nisbah
dann efisiensii pencangk
kokan seluulosa-g-poliiakrilamida
( metode A,
A
metodde B)
EP dipenggaruhi oleh kandungann lignin dallam selulossa karena lignin dapat
mengghambat peembentukann makroraddikal. Men
nurut Borbeely (2005), EP akan
optim
mum jika kaandungan liignin dalam
m selulosa