zp 1 x 1210207047

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

1/20

ULASAN STRUKTUR KRISTALAnalisis Struktur Kristal dan Sifat Magnetik pada Nanopartikel Magnetit (Fe 3O 4)

sebagai Bahan Aktif Biosensor Surface Plasmon Resonace(SPR)

Struktur Kristal dan Pengaplikasian Struktur Kristal untuk Biosensor

Diajukan untuk memenuhi syarat matakuliah Fisika Zat Padat

Dosen Pengampu : Endah Kurnia Y, S.Si, M.PFis

Disusun Oleh:

Ichsan Muhammad Halim 1210207047

FAKULTAS TARBIYAH DAN KEGURUAN PRODI FISIKA

UNIVERSITAS SUNAN GUNUNG DJATI

BANDUNG

2013

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

2/20

Kata Pengantar

Puji syukur saya panjatkan kehadirat Allah Yang Maha Pemurah, karena

berkat kemurahanNya makalah ini dapat saya selesaikan sesuai yang diharapkan.

Dalam makalah ini kami membahas Ulasan Struktur Kristal .

Makalah ini dibuat dalam rangka memenuhi tugas Fisika Zat Padat yang

diberikan sebagai sarana mempermudah pemahaman tentang struktur kristal.

Saya pribadi menyadari bahwa masih banyak kesalahan yang ada dalam

penyusunan dan pembuatan makalah ini namun dalam hal ini saya sudah berusaha

memenuhi kewajiban mengerjakan tugas makalah ini. Sekian terima kasih.

Penyusun

17 September 2013

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

3/20

I

Daftar Isi

Kata Pengantar .................................................................................................................. 2

Daftar Isi ............................................................................................................................ 3

BAB I Pendahuluan .......................................................................................................... 1

A. Rumusan Masalah ................................................................................................... 1

B. Tujuan ..................................................................................................................... 1

BAB II Landasan Teori .................................................................................................... 1

A. Tipe-tipe lattice dasar .............................................................................................. 3

B. Volume sel primitive ............................................................................................... 6

C. Sistem Indeks (Indeks Miller) ................................................................................. 6

BAB III Pengaplikasian Struktur Kristal ....................................................................... 8

BAB IV Analisis Struktur Kristal dan Sifat Magnetik pada Nanopartikel Magnetit(Fe 3O 4) sebagai Bahan Aktif Biosensor Surface Plasmon Resonace(SPR) ................ 10

BAB IV Penutup .............................................................................................................. 14

DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................................... 15

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

4/20

1

BAB I Pendahuluan

Kristal adalah suatu padatan yang atom, molekul, atau ion

penyusunnya terkemas secara teratur dan polanya berulang melebar secara

tiga dimensi. Secara umum, zat cair membentuk kristal ketika mengalami proses

pemadatan. Pada kondisi ideal, hasilnya bisa berupa kristal tunggal, yang semua

atom-atom dalam padatannya "terpasang" pada kisi atau struktur kristal yang

sama, tapi, secara umum, kebanyakan kristal terbentuk secara simultan

sehingga menghasilkan padatan polikristalin. Misalnya, kebanyakan logam yang

kita temui sehari-hari merupakan polikristal. Struktur kristal mana yang akan

terbentuk dari suatu cairan tergantung pada kimia cairannya sendiri, kondisi

ketika terjadi pemadatan, dan tekanan ambien. Proses terbentuknya struktur

kristalin dikenal sebagai kristalisasi. Struktur kristal terjadi pada semua kelas

material, dengan semua jenis ikatan kimia. Hampir semua ikatan logam ada pada

keadaan polikristalin; logam amorf atau kristal tunggal harus diproduksi secara

sintetis, dengan kesulitan besar. Kristal ikatan ion dapat terbentuk saat pemadatan

garam, baik dari lelehan cairan maupun kondensasi larutan.

Struktur kristal dipelajari untuk mengetahui seberapa besarnya kegunaan

suatu kristal tersebut untuk kehidupan sehari-hari, contohnya teori ini bermanfaatuntuk bidang biosensor.

A. Rumusan Masalah Apa itu kristal? Bagaimana pola struktur dan jenis karakteristik struktur kristal? Bagaimana pengaplikasian struktur kristal?

Bagaimana hasil analisis struktur kristal dan sifat magnetik pada nanopartikelmagnetit (Fe3O4) sebagai bahan aktif biosensor surface plasmon Resonace(SPR)

Struktur Kristal dan Pengaplikasian Struktur Kristal untuk Biosensor

B. Tujuan Mengetahui apa itu kristal. Mengetahui pola struktur kristal dan jenis-jenis struktur kristal

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

5/20

2

Mengetahui pengaplikasian struktur kristal Mengetahui hasil analisis struktur kristal dan sifat magnetik pada nanopartikel

magnetit (Fe3O4) sebagai bahan aktif biosensor surface plasmon Resonace(SPR)

Struktur Kristal dan Pengaplikasian Struktur Kristal untuk Biosensor.

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

6/20

1

BAB II Landasan Teori




pemadatan. Pada kondisi ideal, hasilnya bisa berupa kristal tunggal, yang semua

atom-atom dalam padatannya "terpasang" pada kisi atau struktur kristal yang

sama, tapi, secara umum, kebanyakan kristal terbentuk secara simultan

sehingga menghasilkan padatan polikristalin. Misalnya, kebanyakan logam yang

kita temui sehari-hari merupakan polikristal.

Sebuah kristal ideal disusun oleh satuan-satuan struktur yang identik

secara berulang-ulang yang tak hingga di dalam setiap ruangnya. Semua struktur

kristal dapat digambarkan atau dijelaskan dalam istilah-istilah lattice (kisi) dan

sebuah basis yang ditempelkan pada setiap titik lattice (kisi). Dengan lattice (kisi)

adalah sebuah susunan titik yang teratur dan periodik di dalam ruang sebuah

abstrak simatematik sedangkan basis adalah sekumpulan atom-atom dengan

jumlah atom dalam sebuah basis merupakan satu buah atom atau lebih. Gambaran

struktur Kristal dapat digambarkan sebagai berikut:

Dengan

Jarak antar kisi dalam arah sumbu 1

Jarak antar kisi dalam arah sumbu 2

Jarak dari titik yang satu ketitik yang lain boleh sama atau berbeda, jika sama

(dalam kisi dua dimensi) akan berbentuk bujur sangkar dan jika berbeda akan

berbentuk 4 persegi panjang. Contoh:

H2O= 1 basis (ada 3 atom)

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

7/20

2

H2SO 4= 1 basis (ada 7 atom)

Untuk Kristal monoatomik dalam 1 basis hanya 1 atom.

Sebuah operasi translasi kisi didefinisikan sebagai perpindahan dari sebuah kristal

oleh sebuah vector translasi kristal ( ).

Dimana:

u = bilangan bulat

= Vektor translasi primirtif (jarak antar titik kisi

Contoh:

Sel primitif merupakan sel satuan yang sisinya dibatasi oleh vector translasi

primitive yang memiliki volume terkecil, cara mementukan sel primitive (sumbu-

sumbu primitive /CP) yaitu sebagai berikut:

Cara lain untuk memilih sel perimitif yaitu dengan metode WignerSeitz.

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

8/20

3

1. Hubungkan sebuah titik lattice dengan titik lattice disekitarnya.

2. Pada tengah-tengah dan tegak lurus terhadap garis penghubung ini, lukislah

garis-garis atau bidang-bidang. Luas terkecil atau volumeter kecil yang

dilingkupi oleh garis-garis atau bidang-bidangini disebut dengan selprimitf

Wignerseitz.

Contoh:

A. Tipe-tipe lattice dasar

a. Lattice (kisi) dua dimensi memiliki lima (5) jenis, yaitu

1. Kisi miring

2.

Kisi bujursangkar3. Kisi heksagonal

4. Kisi segi panjang

5. Kisi segi panjang berpusat

Dimana jenis kisi no 1 merupakan jenis kisi umum dan jenis yang lainnya

merupakan jenis khusus, contoh:

Kisi bujur sangkar

| | | | Cel konvensional = 4 x = 1 buah

Cel primitive = x 4 = 1 buah

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

9/20

4

Kisi Heksagonal

| | | | Cel konvensional = (4 x ) + 1 = 2 buah

Cel primitive = x 4 = 1 buah

b. Lattice Tiga dimensi

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

10/20

5

Dengan jumlah kisi triklinik=1, monoklinik=4, ortorombik=4,

tetragonal=2, kubus=3, trogonal=1 dan heksagonal=1

Contoh kristal 3 dimanesi:

Kubus

Sel primitive = sel konvensional

Jumlah titik lattice = 8 x 1/8 = 1 buah

Kubus Pusat Badan

Sel primitive sel konvensional

Jumlah titik lattice:

Sel primitive = 8 x 1/8 = 1 buah

Sel konvensional = (8 x 1/8) + 1 = 2 buah

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

11/20

6

B. Volume sel primitive

C. Sistem Indeks (Indeks Miller)

Digunakan unuk menyatakan bidang kristal (indeks bidang)

Aturan:

1.

Tentukan titik potong antara bidang yang bersangkutan dengan sumbu-sumbu / sumbu-sumbu primitf atau konvensional dalam satuan

konstanta lattice .

2. Tentukan kebalikan (reciprok) dari bilangan-bilangan tadi, dan kemudian

tentukan tiga bilangan bulat (terkecil) yang mempunyai perbandingan

yang sama. Indeks(hkl).

Contoh:

Bidang ABC memotong sumbu-sumbu:

di 2 ; di 2 ; di 3 kebalikannya adalah

Jika ketiga bilangan bulat yang mempunyai perbandingan yang sama

seperti di atas adalah 3, 3, 2 dengan demikian indeks bidang ABC tersebut

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

12/20

7

adalah (3 3 2). Perhatikan bahwa dalam penulisan indeks kita tidak

menggunakan tanda koma.

Misal:

Jikasalahsatudari h k l negatif, makaindeksbidangtersebut ditulis( k l),

artinya h bertanda negatif. Untuk Sel kubus, jarak antar bidang h k l dapat

ditulis sebagai berikut:

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

13/20

8

BAB III Pengaplikasian Struktur Kristal

Pengaplikasian struktur kristal lebih sering digunakan untuk bidang

kesehatan dan pemeliharaan lingkungan separti yang sering digunakan oleh

biosensor. Biosensor sendiri didefinisikan sebagai suatu perangkat sensor

yang menggabungkan senyawa biologi dengan suatu tranduser. Dalam proses

kerjanya senyawa aktif biologi akan berinteraksi dengan molekul yang akan

dideteksi yang disebut molekul sasaran. Hasil interaksi yang berupa besaran fisik

seperti panas, arus listrik, potensial listrik atau lainnya akan dimonitor oleh

transduser. Besaran tersebut kemudian diproses sebagai sinyal sehingga diperoleh

hasil yang dapat dimengerti. Biosensor yang pertama kali dibuat adalah sensor

yang menggunakan transduser elektrokimia yaitu elektroda enzim untuk

menentukan kadar glukosa dengan metode amperometri. Aplikasi biosensor

pada dasarnya meningkat seiring dengan berkembangnya keperluan manusia dan

kemajuan iptek. Tetapi secara umum tetap didominasi untuk aplikasi dibidang

medis dan lingkungan hidup. Beberapa bidang aplikasi lainnya dapat dilihat

pada tabel berikut :

NO Bidang Keahlian Kegunaan Biosensor

1. Medis dan Farmasi

Mengontrol penyakit : diabetes, kolesterol, jantung dll Diagnosis untuk : obat, metabolit, enzim, vitamin Penyakit infeksi, alergi. Studi efisiensi obat

2. Lingkungan Hidup

Kontrol polusi Monitoring senyawa-senyawa toksik di udara, air,

dan tanah.

Penentuan BOD (biological oxygen demand)

3. Kimia

Mengontrol kualitas makanan (mendeteksi

kontaminasi mikroba, menentukan kesegaran, analisis

lemak, protein dan karbohidrat dalam makanan.

Mendeteksi kebocoran, menentukan lokasi deposit

minyak.

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

14/20

9

NO Bidang Keahlian Kegunaan Biosensor

Mengecek kualitas udara di ruangan. Penentuan parameter kualitas pada susu

4. Pertanian

Mengontrol kualitas tanah. Penentuan degradasi seperti biodegradable pada kayu

dan makanan.

Mendeteksi keberadaan pestisida

5. Militer

Mendeteksi zat-zat kimia dan biologi yang digunakan

sebagai senjata perang (senjata kimia/biologi) seperti virus,

bakteri patogen, dan gas urat syaraf.

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

15/20

10

BAB IV

Analisis Struktur Kristal dan Sifat Magnetik pada Nanopartikel Magnetit (Fe 3O 4)

sebagai Bahan Aktif Biosensor Surface Plasmon Resonace(SPR)

Struktur Kristal dan Pengaplikasian Struktur Kristal untuk Biosensor Nanopartikel magnetit memiliki potensi yang besar untuk dimanfaatkan

pada bidang biosensor yang berperan sebagai bahan aktif yang dapat

mengimmobilisasi analit pada permukaan sensing sehingga dapat meningkatkan

kinerja biosensor tersebut. Dalam aplikasi biosensor, sifat magnetik dan ukuran

butir serta tingkat dispersibilitas dan kereaktifan pada analit (biomolekul)

merupakan hal yang sangat penting untuk diperhatikan. Sehingga untuk dapat

memanfaatkan nanopartikel magnetit dalam aplikasi biosensor membutuhkananalisis yang cukup matang mengenai watak nanopartikel magnetit.

Sintesis nanopartikel Fe 3O4dilakukan dengan metode kopresipitasi yaitu

dengan melarutkan 4,170 g FeSO 4.7H 2O dan 8,109 g FeC l3.6H 2O ke dalam 30 ml

aquades. Kedalam larutan tersebut ditambahkan 60 ml NH 4OH dan selanjutnya

disentrifugasi menggunakan magnetic stirrer. Proses sintesis dilanjutkan dengan

mekanisme dekantasi hingga diperoleh endapan nanopartikel magnetit. Endapan

yang diperoleh dicuci hingga didapatkan Fe 3O4 yang lebih murni. Sampel

Fe3O4selanjutnya dikalsinasi pada suhu 800C hingga diperoleh sampel

Fe3O4kering. Analisis struktur kristal dan ukuran butir dilakukan dengan

menggunakan X- Ray Diffractometer/XRD (=1,54060) dan Transmition

Electron Microscopy (TEM). Sedangkan, untuk mengkaji potensi sampel dalam

mengikat target biomolekul maka sampel dalam fasa ferrofluidselanjutnya

difungsionalisasi dengan bahan PEG-4000 dan kemudian direaksikan dengan

bahan biomolekul (-amylase) dan selanjutnya dilakukan pengamatan visual

dengan menggunakan mikroskop.

Secara umum proses sintesis yang dilakukan berhasil mendapatkan

nanopartikel magnetit dengan diameter butir dalam orde di bawah 20 nm.

Morfologi nanopartikel magnetit hasil sintesis ditunjukkan pada gambar berikut:

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

16/20

11

Sementara itu, pola difraksi XRD sampel magnetit hasil sintesis dengan

variasi ukuran butir menghasilkan beberapa pola yang sama diantara setiap

sempelnya seperti ditunjukkan pada gambar berikut.

Hal tersebut terbukti dari kemunculan puncak puncak difraksi dengan

indeks Miller (220), (311), (400), (440), (511) yang merupakan indeks khasstruktur kubik spinel dari bahan Fe3O4[3,4,5,6]. Sedangkan, puncak difraksi

dengan tanda (*) merupakan puncak khas dari bahan -Fe 2O3(hematit) [7].

Kemunculan -Fe2O3pada keempat jenis sampel mengindikasikan bahwa pada

proses sintesis yang dilakukan juga terjadi proses oksidasi Fe 3O4oleh oksigen

menurut persamaan reaksi:

2Fe 3O4+ O 2 3(-Fe 2O3)

Sifat magnetik nanopartikel magnetit hasil sintesis digambarkan dengankurva magnetisasi pada gambar berikut.

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

17/20

12

Dari gambar di atas nampak jelas terdapat perbedaan sifat magnetik

seiring dengan peningkatan ukuran butir partikel. Teridentifikasi bahwa

nanopartikel magnetit dengan ukuran butir paling kecil memiliki kurva

magnetisasi berbentuk huruf S hampir tegak (sampel 13.21 nm), sementara itusampel dengan ukuran butir yang lebih besar miliki kurva magnetisasi berbetuk S

landai yang membentukloophisterisis. Informasi visual ini memberikan makna

bahwa nanopartikel dengan ukuran butir yang lebih kecil memiliki respon

magnetik yang lebih tinggi dibandingkan dengan sampel nanopartikel dengan

ukuran butir yang lebih besar. Hal tersebut disebabkan semakin kecil ukuran butir

partikel magnetit maka momen magnetik pada nanopartikel magnetit cenderung

lebih tidak stabil.Dari sudut pandang aplikasi biosensor, partikel dengan ukuran butir yang

lebih kecil memiliki potensi dispersibilatas yang besar. Disamping nanopartikel

magnetit dengan ukuran butir terkecil memiliki respon magnetik yang lebih kuat

dibandingkan nanopartikel.

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

18/20

13

(a) Morfologi nanopartikel magnetit sebelum dimodifikasi, (b) setelah

dimodifikasi, (c) setelah direaksikan dengan biomolekul (-amylase)

Gambar di atas menampilkan pengamatan fisis morfologi nanopartikel

magnetit pada saat belum difungsionalisasi, setelah difungsionalisasi, dan setelah

direaksikan dengan dengan biomolekul ( -amylase). Tampak pada gambar (a)

bahwa morfologi nanopartikel magnetit cenderung teraglomerasi. Fungsionalisasi

nanopartikel dengan bahan PEG-4000 ternyata meningkatkan dispersibilitas

sampel seperti diperlihatkan pada gambar (b). Sifat ini merupakan sifat yang

diharapkan dalam pemanfaatan nanopartikel sebagai agen reaktif pengikat

biomolekul untuk meningkatkan akumulasi biomolekul target pada permukaan

biosensor SPR. Penampakan visual ini memberikan gambaran bahwa atom Fe

pada permukaan nanopartikel magnetit yang sebelumnya berikatan dengan OH

(gugus hidroksil) dari air merubah menjadi berikatan dengan PEG. Nanopartikelyang telah termodifikasi permukaannya ini memiliki tingkat kereaktifan yang

cukup tinggi pada biomolekul. Kereaktifan nanopartikel magnetit terhadap

biomolekul target ditunjukkan pada gambar (c). Kombinasi respon magnetik yang

tinggi serta kereaktifan nanopartikel terhadap biomolekul yang ditunjukkan pada

gambar (c) tentu memberikan peluang bagi peningkatan kinerja biosensor SPR.

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

19/20

14

BAB IV Penutup




pemadatan.

Tipe-tipe lattice dasar kristal terbagi menjadi du yaitu dua dimensi dan tiga

dimensi dimana Lattice (kisi) dua dimensi memiliki lima (5) jenis, yaitu: Kisi

miring; kisi bujursangkar; kisi heksagonal; kisi segi panjang; kisi segi panjang

berpusat. Sedangkan lattice tiga dimensi terdiri dari 7 jenis yaitu triklini,

monoklinik, ortorombik, tetragonal, kubus, trogonal dan heksagonal.

Pengaplikasian struktur kristal lebih sering digunakan untuk bidang

kesehatan dan pemeliharaan lingkungan separti yang sering digunakan oleh

biosensor, akan tetapi pengaplikasiannya tidak selalu digunakan untuk kesehatan

akan tetapi juga sering digunakan pada bidang kimia, pertanian dan militer.

Nanopartikel magnetit dengan ukuran butir lebih kecil memiliki potensi

yang sangat besar untuk dimanfaatkan dalam aplikasi biosensor SPR karena

memiliki respon magnetik yang tinggi serta berpotensi memiliki tingkat

dispersibilitas yang tinggi. Namun, hal yang perlu diperhatikan dalam prosessintesis nanopartikel magnetit ialah menekan laju reaksi pembentukan hematit

sehingga nanopartikel yang dihasikan memiliki respon magnetik yang lebih besar.

7/22/2019 ZP 1 X 1210207047

20/20

15

DAFTAR PUSTAKA

S, Sudaryatno. Utari, Ning. Mengenal Sifat-sifat Material. Tersedia:

http://industri.ums.ac.id/sites/default/files/materi/BAB%207%20b5

%20Struktur%20Kristal%20dan%20Nonkristal.pdf. (16 September

2013).

Anonimous. Struktur Krisatal . Tersedia:

http://file.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._FISIKA/19681

0151994031-

DADI_RUSDIANA/Struktur_Kristal_%5BCompatibility_Mode%

5D.pdf. (16 September 2013).

Riyanto, Agus. Listiawati, Desi. Suharyadi, Edi. Abraha, Kamsul. 2012. Analisis

Struktur Kristal dan Sifat Magnetikpada Nanopartikel Magnetit

(Fe3O4) sebagai Bahan Aktif Biosensor Surface Plasmon

Resonace(SPR) . Yogyakarta: UGM Tersedia: http://hfi-

diyjateng.or.id/sites/default/files/1/FULL-

ANALISIS%20STRUKTUR%20KRISTAL%20DAN%20SIFAT

%20MAGNETIK%20PADA%20NANOPARTIKEL%20%20MA

GNETIT%20(Fe3O4)%20SEBAGAI%20BAHAN%20AKTIF%20BIOSENSOR%20SURFACE%20PLASMON%20RESONACE%2

0(SPR).pdf. (16 September 2013).

zp 1 x 1210207047

Documents