LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM FARMASI FISIKA
VISKOSITAS DAN RHEOLOGI
Oleh : Kelompok I-C
Tanggal Praktikum Tanggal Penyerahan Asisten
: 25 Mei 2010 : 1 Juni 2010 : Fenty Evawati
LABORATORIUM FARMASI FISIKA PROGRAM STUDI FARMASI FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS ISLAM BANDUNG 1432H – 2011M
Modul 5 VISKOSITAS DAN RHEOLOGI A.
TUJUAN PERCOBAAN
Setelah melakukan percobaan ini diharapkan kita mampu untuk dapat :
B.
Menerangkan arti viskositas dan rheologi
Membedakan cairan Newton dan non Newton
Menggunakan alat-alat penentuan viskositas dan rheologi
Menentukan viskositas dan rheologi cairan Newton dan non Newton
LANDASAN TEORI
Viskositas adalah suatu pernyataan tahanan dari suatu cairan untuk mengalir,semakin tinggi viskositas, akan semakin besar besar tahanan nya. Seperti cairan sederhana (biasa) dapat diuraikan dalam istilah viskositas absolute. absolute. Rheologi berasal dari bahasa yunani yaitu rheo mengalir dan logos ilmu, digunakan dalam istilah ini untuk pertama kali Bingham dan Crawford. Jadi rheologi adalah bidang ilmu yang mempelajari sifat aliran zat cair atau deformasi zat padat. Beberapa tahun terakhir prinsip dasar rheologi telah digunakan dalam penyeledikan cat, rmasi tinta, dan berbagai adonan, bahan untuk pembuatan jalan, kosmetik produk, dan lain-lain. Penyelidikan viskositas dari cairan sejati, larutan, dan system koloid baik yang encer maupun yang kental jauh lebih bersifat be rsifat praktis daripada bernilai teoritis. Viskositas dan rheologi sangat bermanfaat dalam bidang farmasi dan menyarankan penerapnanya dalam formulasi dan analisis produk farmasi tersebut seperti emulsi, pasta, suppositoria dan penyalutan penyalutan tablet. Suatu pabrik pembuat krim krim obat dan krim kosmetik, pasta, pasta, serta lotion harus sanggup menghasilkan produk yang mempunyai konsistensi dan kelembutan yang dapat diterima oleh konsumen. Rheologi meliputi pencampuran dan aliran bahan, pemasukan kedalam wadah , pemindahan, sebelum digunakan, apakah apak ah dicapai dengan penuangan penuang an dari botol, pengeluaran dari tube atau pelewatan dar suatu jarum suntik . rheologi dari suatu produk tetentu yang dapat berkisar dalam konsistensi dari bentuk cair ke semisolid sampai kepadatan, dapat mempengaruhi mempeng aruhi penerimaan bagi si pasien, stabilitas fisika, bahkan availabilitas biologis. Jadi viskositas telah terbukti mempengaruhi laju absorbs obat dari saluran cerna. Sifat-sifat rheologi dari sitem farmasetik dapat mempengaruhi pemilihan alat yang digunakan untuk memproses produk tersebut dari pabriknya. Tidak adanya perhatian
lebih
dalam pemilihan alat bisa menyebabkan hasil yang tidak di inginkan, dari segi karakteristik alirannya, oleh karena itu penting untuk memilih alat yang tepat. Penggolongan bahan menurut tipe aliran dan deformasi adalah sebgai berikut : Sistem newton dan Sitem non – Newton, pemilihan tersebut bergantung pada sifat-sifat aliran apakah sesuai dengan hokum aliran dari Newton atau tidak.
Sistem Newton
Hukum aliran dari Newton. Bagaikan sebuah cairan di dalam balok yang terdiri dari lapisan – lapisan – lapisan lapisan molekul pararel, yang dianalogikan bagaikan setumpuk kartu, lapisan dasar di anggap menempel pada tempatnya. Jika bidang cairan paling atas bergerak dengan sutu kecepatan konstan , setiap lapisan dibawahnya akan bergerak dengan kecepatan yang berbanding lurus dengan jarak dengan lapisan dasar yang diam. Perbedaan kecepatan (dv (dv)) antara dua bidang cairan dipisahkan oleh suatu jarak yang kecil sekali (dx (dx)) adalah perbadaan kecepatan atau rate of shear, (dv/dx). 1
Gaya persatuan luas F / A diperlukan untuk menyebabkan aliran ini disebut shearin stress. Newton adalah orang pertama yang mempelajari sifat-sifat aliran dari cairan secara kuantitatif. Dan menemukan bahwa makin besar viskositas suatu cairan maka makin besar pula gaya persatuan luas (shearing stress) yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu. Oleh karena itu rate of shear harus h arus berbanding langsung dengan shearing sh earing stress, atau:
* +
dimana,
* + ; * +
Dimana ŋ adalah koefisien viskositas, biasanya dinyatakan hanya sebagai viskositas saja. Persamaan di atas seringkali ditulis sebagai
[ ] -2
1
= dyne.cm .cm.cm- .detik
-2
= dyne.cm .detik -1
-1
= g.m .detik
= poise (1poise=100 centiPoise) Satuan viskositas adalah poise, dinyatakan sebagai shearing force yang dibutuhkan untuk menghasilkan kecepatan 1 cm/detik antara dua bidang cairan yang pararel dimana luas masing2
masing adalah 1cm dan dipisahkan oleh jarak 1cm. Satuan cgs unruk poise adalah dyne detik -2
2
cm (yakni, dyne detik/cm ) atau g cm
-1
-1
detik (yakni, g/cm detik). Satuan yang lebih enak
digunakan adalah centipoises cp (jamak,cps) 1 cp sama dengan 0.01 poise istilah fluiditas. Cairan Newton adalah tipe cairan yang mengikuti hukum Newton dimana nilai sharing stress sebanding dengan nilai rate of share (kecepatan geser), sehingga viskositas nya tetap pada suhu dan tekanan tertentu dan tidak tergantung pada kecepatan geser, jadi viskositasnya cukup ditentukan pada satu kecepatan geser. Ketergantungan suhu dan teori viskositas, bila viskositas gas meningkat dengan meningkatnya suhu, maka viskositas cairan justru menurun jika temperatur dinaikkan. Fluiditas dari suatu cairan yang merupakan kebalikan dari viskostas akan meningkat dengan makin tinnginya temperature. Kertegantungan viskositas cairan terhadap temperature untuk sebagian besar zat dinyatakan oleh persamaan kinetika arhenius
=A
eEv/Rt
Di mana A adalah suatu konstanta yang bergantung pada bobot molekul dan volume molar dari cairan tersebut, dan Ev adalah suatu energy pengaktifan yang dibutuhkan untuk memulai aliran antara molekul-molekul tersebut. Sistem Non-Newton
Ahli farmasi kemungkinan besar lebih sering menghadapi cairan non newton dibandingkan dengan cairan biasa. Oleh karena itu harus mempunyai metode yang sesuai untuk mempelajari zat-zat komplek ini. Non-Newtonian bodies adalah zat yang tidak megikuti persamaan aliran newton, disperse heterogen cairan dan padatan seperti larutan koloid, emulsi, suspense cair, salep dan produk-produk serupa masuk dalam kelas ini. Jika bahan non newton di
analisis dalam satu viscomter putar dan hasilnya diplot diperoleh berbagai kurva berdasarkan grafik sifat aliranya (rheogram), cairan non-Newton terbagi menjadi dua k elompok, yaitu : a. Cairan yang sifat aliran nya tidak dipengaruhi waktu (kurva naik berhimpik dengan kurva turun). Kelompok ini terbagi atas tiga jenis, yakni:
Aliran Plastik
Aliran Psedoplastik
Aliran Dilatan Aliran plastis berhubungan dengan adanya partikel-partikel yang terflokulasi dalam
suspense pekat. Akibatnya terbentuk struktur kontinu di seluruh sisitem. Adanya yield value disebabkan oleh adanya kontak antara partikel-partikel yang berdekatan disebabkan gaya van der waals yang harus dipecah sebelum aliran dapat terjadi, akibatnya yield value merupakan indikasi dari kekuatan flokulasi. Makin banyak suspense yang terflokulasi makin tinngi yield valuenya. Kekuatan friksi antara partikel-partikel yang bergerak dapat juga memberi andil pada yield value tersebut.
Aliran pseudoplastik, sejumlah besar produk farmasi termasuk gom alam dan sintesis, misalnya dispersi cair dari tragacanth, natrium alginate, metilselulosa, dan natrium karboksimetil selulosa, menunjukan aliran pseudoplastik. Sebagai aturan umum aliran pseudoplastik diperlihatkan oleh polimer-polimer dalam larutan yang merupakan kebalikan dari system plastis, yang tersusun atas partikel-partikel yang terflokulasi dalam suspensi.
Aliran dilatan. Suspensi-suspensi tertentu dengan presantasi zat padat terdispersi yang tinggi menujukan peningkatan dalam daya hambat untuk mengalir dengan meningkatnya rate of shear, pada system ini sebenarnya volumenya meningkat jika terjadi shear oleh karena itu diberi istilah dilatan. Tipe aliran ini kebalikan dari tipe aliran pseudoplastik, sementara bahan pseudoplastik dikenal dengan sebagai shear-thinning system, maka bahan dilatan sering kali disebut sebagai shear-thickening system. Jika stress dihalangkan suatu sisitem dilatan kembali ke keadaan fluiditas aslinya.
b. Cairan yang sifat alirannya dipengaruhi waktu (kurva naik tidak berhimpit dengan kurva turun), kelompok ini terbagi menjadi tiga jenis, yakni :
Aliran Tiksotropik
Aliran Rheopeksi
Aliran Antitiksotropik Aliran tiksotropik. Aliran ini di definisikan sebagai suatu pemulihan yang isotherm dan
lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karna shearing. Seperti yang di definisikan tersebut , tiksotropik hanya bisa diterapkan untuk shear-thinning system. System tiksotropik biasanya menagndung partikel-partikel asimetris yang melalui berbagai titik hubungan menyusun kerangka tiga dimensi di seluruh sampel tersebut. Pada keadaan diam struktur ini mengakibatkan suatu derajat kekakuan pada system dan akan menyerupai gel. Aliran rheopeksi. Adalah aliran terbentuknya gel menjadi sol, pada saat stress ditiadakan, struktur tersebut mulai terbentuk kembali, proses ini tidak akan timbul dengan cepat, tetapi secara bertahap dan terjadi restorasi dari konsistensi pada saat partikel – partikel asimetris berhubungan satu dengan lainya disebabkan terjadi pergerakan Brown. Karena itu rheogram yang didapat dari tiksotropik sangat bergantung pada laju yang meningkatkan dan yang mengurangi shear serta lamanya waktu sampel tersebut mengalami rate of shear. Dengan kata lain riwayat sampel tersebut mempunyai efek terhadap sifat rheologi dari suatu sitem tiksotropik. Ketika digunakan shear dan aliran dimulai, struktur ini mulai memecah apabila titik hubungan tersebut memisah dan partikel – parikel menjadi lurus, maka bahan tersebut akan mengalami transformasi dari gel ke sol dan menujukan shear-thinning. Aliran Antitiksotropik. Adalah suatu gejala kenaikan dalam hal kekentalan atau hambatan 10
(resistensi) mengalir dengan bertambahnya waktu shear ini telah diselidiki oleh Chong et al.
dalam analisis rheologi dari magma magnesia. Dari penyelidikan bahwa magma magnesia di shear berganti – ganti pada rate of shear yang meningkat, kemudian menurun, magma tersebut akan terus mengental (suatu peningkatan dalam shearing stress per unit shear rate). Tetapi pada laju yang menuun dan akhirnya mencapai suatu keaadan seimbang, di mana putaran selanjutnya dari laju shear yang menaik – menaik – menurun menurun tidak lagi meningkatkan konsitensi dari bahan tersebut. Karakteristik antitiksotropik system keseimbangan yang didapat seperti gel dan mempunyai kemampuan tersusupensi dengan baik, namun mudah di tuang. Teteapi jika didiamkan, bahan tersebut kembali ke sifat sol nya.
Metode Penentuan Viskositas dan Rheologi
Pemilihan vaskometer, berhasil atau tidaknya penentuan dan evaluasi sifat-sifat rheologis dari suatu sitem tertentu tergantung pada pemilihan peralatan yang tepat. Karena rate of shear pada system newton berbanding langsung dengan shearing stress. Viskometer satu titik. Alat ini bekerja pada rate of shear tunggal, sehinnga dapat digunakan untuk cairan newton yang memiliki rate of shearnya berbanding langsung dengan shearing stress. Yang termasuk kedalam jenis ini misalnya viscometer kapiler, bola jatuh, penetrometer, plate-plastometer, dll.
Viskometer titik ganda. Alat ini bekerja pada berbagai rate of shear, sehinnga tepat untuk digunakan pada cairan non-Newton. Dengan menggunakan alat ini dapat diperoleh rheogram lengkap untuk menentukan karakteristik sifat aliran suatu system, yang termasuk ke dalam jenis ini viscometer nya adalah viscometer rotasi tipe stromer,Brookfield,rotovisco, dll. Alat Penentu Viskositas dan Rheologi
Viskometer Bola Jatuh. Prinsip alat ini akan dilakukan penentuan suatu bola besi jatuh ke bawah dalam suatu tabung gelas yang hampir vertical, menagndung cairan yang di uji pada temperature konstan, laju jatuh nya bola yang memepunyai kerapatn dan diameter tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sampel tersebut dapat dihiung dengan rumus : N = t (Sb – Sf ). B
Dimana, masing-masing adalah : N = Viskositas (Poise) t = Waktu interval dalam detik (lamanya bola jatuh antara dua titik) Sb = Gravitasi jenis dari bola Sf = Gravitasi jenis dari cairan
B = Konstanta untuk bola tertentu (besarnya sudah ada pada pedoman penggunaan alat tersebut)
Penetrometer. Adalah alat yang dipergunakan dipergunakan untuk menentukan konsistensi sediaan setengah padat dibidang farmasi maupun non farmasi seperti penentuan konsistensi aspal, vaselin, lemak pelumas, malam, adonan semen, dll. Penetrometer termasuk kedalam kelompok viscometer satu titik. Penetrasi dinyatakan dalam satuan sepersepuluh millimeter
( ) yang merupakan kedalaman kerucut atau jarum standar menembus
sampel tegak lurus dalam waktu dan suhu tertentu. Cara kerjanya, sampel ditempatkan ditengah lempeng, kemudian dinaikan posisinya o
sampai dibawah kerucut. Biasanya pengukuran dilakukan pada suhu 25 C selama 5 detik, sampel tersebut di shear di antara lempeng yang diam dan kerucut yang berputar, rate of shear dalamputaran permenit dinaikan atau diturunkan oleh sebuah dial pemilih dan tarikan kental atau puntiran (shearing stress) yang dihasilkan pada kerucut tersebut di baca pada skala penunjuk. Viskositas (poise) dari cairan newton yang dihitung dengan menggunakan persamaan : Aliran Newton
:
Aliran Plastis
:
[ ] [ ]
Dimana, masing-masing adalah : µ
= Viskositas plastis (poise)
C
= Konstanta alat
T
= Puntiran (Torque) yang terbaca
Tf
= Puntiran (Torque) pada sumbu shearin stress (dieksploitasi dari bagian
linear kurva) rpm
= Jumlah putaran per menit (rotate per minute)
Viskometer Rotasi, viscometer ini dapat digunakan untuk mengukur viskositas dan sifat aliran cairan. Viscometer rotasi terdiri dari dua bagian yaitu mangkuk silinder (cup) dan silinder pemutar (Bob), berdasarkan pembagian tersebut, dikenal dua jenis viscometer rotasi yaitu : Jenis coquette, yang berputar adalah mangkuk man gkuk silindrisnya Jenis Searle, yang berputarnya adalah silinder p emutarnya Contoh viscometer jenis Searle adalah viscometer stromer dan Brookfield. Untuk menghitung viskositas digunakan persamaan berikut
Aliran Newton
:
Aliran Plastis
:
[ ] [ ]
Dimana, masing-masing adalah : µ
= Viskositas Plastis
Kv
= Konstanta Alat
W
= Beban yang diberikan (gram)
Wf
= Beban pada Yield Value (gram)
rpm
= Jumlah putaran permenit (rotate per minute)
Untuk menghitung Kv umumnya digunakan cairan baku pembanding (BP) yang telah diketahui viskositasnya. Untuk mengetahui sifat aliranya, diplotkurva antara rpm dengan beban yang diberikan (W). Untuk mengetahui sifat aliran, di buat kurva antara rpm dengan usaha yang dibutuhkan untuk memutar spindle. Usaha dapat dihitung melalui perkalian angka yang
-1
terbaca pada skla dengan 7,187 dyne.cm (viscometer Brookfield tipe RV) dan 673,7 -1
dyne.cm (Viskometer Brookfield tipe LV).
C. MONOGRAFI
Zat aktif yang digunakan pada saat praktikum adalah Gliserin, Carboxy Methyl Celulosa Natrium, Pulvis Gumi Arabicum, Propilenglikol, Sirupus Simplex dengan monografi sebagai berikut: 1. Gliserin/Gliserol/Glycerolum (C 3H8O3)
Pemerian Cairan seperti sirop; jernih tidak berwarna; tidak berbau; manis diikuti rasa hangat. Higroskopik. Jika disimpan beberapa lama pada suhu rendah dapat memadat membentuk massa hablur tidak berwarna yang tidak melebur hingga suhu mencapai lebih 0
kurang 20 .
Kelarutan Dapat campur dengan air, dan dengan etanol (95%) P; praktis tidak larut dalam kloroform P, dalam eter P dan dalam minyak lemak.
I dentifikasi ntifikasi A. Panaskan dengan kalium bisulfate P; terjadi uap merangsang. B. Jika dibakar dengan sedikit natrium na trium karbonat P diatas nyala api, terjadi nyala hijau. Bobot per ml 1,255 sampai 1,260, sesuai dengan kadar 98,0 % sampai 100,0% C3H8O3
I nde ndeks Bias Bias Antara 1,471 dam 1,474 *Sumber : Farmakope Indonesia Edisi III 2. Carboxy Methyl Celulosa Natrium (CMC-Na)
CMC-Na adalah turunan dari selulosa dan sering dipakai dalam industri pangan, atau digunakan dalam bahan makanan untuk mencegah terjadinya retrogradasi. retrogradasi. Pembuatan CMC adalah dengan cara mereaksikan NaOH dengan selulosa murni, kemudian ditambahkan Na-kloro asetat (Fennema, Karen and Lund, and Lund, 1996) . Na-CMC merupakan zat dengan warna putih atau sedikit kekuningan, tidak berbau dan tidak berasa, berbentuk granula yang halus atau bubuk yang bersifat higroskopis (Inchem, 2002). Menurut Tranggono dkk. (1991), CMC ini mudah larut dalam air panas maupun air dingin. Pada pemanasan dapat terjadi pengurangan viskositas yang bersifat dapat balik (reversible (reversible). ). Viskositas larutan CMC dipengaruhi oleh pH
larutan, kisaran pH Na-CMC adalah 5-11 sedangkan pH optimum adalah 5, dan jika pH terlalu rendah (<3), Na-CMC akan mengendap (Anonymous.2004). Na-CMC akan terdispersi dalam air, kemudian k emudian butir-butir Na-CMC yang bersifat hidrofilik akan menyerap air dan terjadi pembengkakan. Air yang sebelumnya ada di luar granula dan bebas bergerak, tidak dapat bergerak lagi dengan bebas sehingga keadaan larutan lebih mantap dan terjadi peningkatan viskositas (Fennema, Karen and Lund, 1996). Hal ini akan menyebabkan partikel-partikel terperangkap dalam sistem tersebut dan memperlambat proses pengendapan karena adanya pengaruh gaya gravitasi. Menurut Fardiaz, dkk. (1987), ada empat sifat fungsional yang penting dari NaCMC yaitu untuk pengental stabilisator, pembentuk gel dan beberapa hal sebagai pengemulsi. Didalam sistem emulsi hidrokoloid (Na-CMC) tidak berfungsi sebagai pengemulsi tetapi lebih sebagai senyawa yang memberikan kestabilan. Belizt and Grosch and Grosch (1986) mengatakan, penggunaan Na-CMC sebagai derivat dari selulosa antara 0,01%-0,8% akanmempengaruhi produk pangan seperti jelli buah, sari buah, mayonaise dan lain-lain. Menurut Fennema (1986), semua zat pengental dan pengental adalah hidrofil dan terdispersi dalam larutan yang dikenal sebagai hidrokoloid. *Sumber Ditulis oleh Ari Setyawan (Alumni Jurusan Tekhnologi Hasil Pertanian Universitas Brawijaya 2007)
3. Pulvis Gumi Arabicum (PGA)
Sebagai koloid pelindung. Diperoleh dari tanaman akasia, dapat larut dalam air, bersifat asam karena adanya aktivitas enzim yaitu enzim oksidase yang akan menguraikan zat aktif yang sensitive terhadap oksidase. Enzim tersebut dapat dihilangkan denga pemanasan. Gom ini mudah dirusak oleh bakteri sehingga dalam supensi harus ditambahkan pelarut. Suspending agent gom arab yang digunakan dalam suspense mempunyai konsentrasi antara 5%-10%. Serbuk gom akasia adalah berbentuk serbuk, putih atau putih kekuningan, tidak berbau. Kelarutan, larut hampir sempurna dalam air, tetpi sangat lambat, meninggalkan sisa bagian tanaman dalam jumlah sangat sedikit dan memberikan cairan seperti mucillago, tidak berwarna atau kekuningan, kental, lengket, transparan, bersifat asam lemah terhadap kertas lakmus, praktis tidak larut dalam etanol dan dalam eter.
Penyimpanannya dalam wadah tertutup rapat dan tidak tembus cahaya. Berkhasiat sebagai suspending agent. (Indonesia, 1995:718) Mucilago Pulvis Gummi Arabicum dibuat dengan menambahkan satu setengah kali air dari berat zat aktif pada gom itu, kemudian diaduk sampai diperoleh suatu massa yang homogen.(Vanduin, 1947:58)
4. Propilen Glikol (C 3H8O2)
Pemerian Cairan kental, jernih, tidak berwarna, tidak berbau, rasa agak manis, higroskopik.
Kelarutan Dapat campur dengan air, dengan etanol (95%) dan dengan kloroform; larut dalam 6 bagian eter; tidak dapat campur dengan eter minyak tanah dan dengan minyak lemak.
Bobot per ml : 1,035 gr sampai 1,037 gr. J arak rak Didih Didih Pada suhi 1850 sampai 1890 tersuling tidak kurang dari 95,0% v/v I ndeks bi bias : 1,035 sampai 1,433 *Sumber : Farmakope Indonesia Edisi III
5. Sirupus Simplex
Pembuatan Gula pasir ditambahkan Aqua dest, 65 gram glukosa dilarutkan dalam air panas hingga diperoleh 100 ml larutan.
Pemerian Cairan jernih, tidak berwarna. Penetapan Kadar Memenuhi syarat penetapan Sakarosa yang tertera pada sirupi. Penyimpanan Dalam wadah tertutup rapat, ditempat sejuk *Sumber : Farmakope Indonesia Edisi III
D.
ALAT DAN BAHAN ALAT
BAHAN
Viskometer Hoeppler
Gliserin
Viskometer Brookfield
Propylenglikol
Spatula
Sirupus Simpleks
Stopwatch
Carboxy Mthyel Celulosa Natrium 1 %
Kertas perkamen
Pulvis Gumi Arabicum 1 %
Batang pengaduk
Glukosa
Timbangan analitik
Aquadest
Penangas air Gelas kimia Bola
E.
PROSEDUR KERJA
1. Viskometer Hoeppler (Bola Jatuh)
Tabung diisi dengan cairan yang diukur viskositasnya sampai jenuh
Bola yang sesuai dimasukkan ke dalam tabung
Ditambahkan cairan sampai tabung penuh dan ditutup sedemikian rupa
Ketika bola sudah turun melampaui garis awal, bola dikembalikan ke posisi semula dengan cara membalikkan tabung
Waktu tempuh bola dicatat ketika mulai dari garis m1 sampai m3 dalam detik
Menentukan bobot jenis cairan dengan menggunakan piknometer
Menghitung viskositas cairan cairan dengan menggunakan menggunakan rumus yang sesuai
2. Viskometer Brookfield Pasang spindel pada gantungan spindel
Turunkan sedemikian rupa sehingga batas spindel tercelup kedalam cairan yang akan diukur viskositasnya
Pasangkan stop kontak
Hidupkan motor sambil menekan tombol
Biarkan spindel berputar dan perhatikan jarum merah pada skala
Catat angka yang ditunjukkan jarum merah tersebut untuk menghitungkan viskosita, angka pembacaan dikalikan dengan suatu faktor yang dapat dikutip dari table yang terdapat pada brosur alat
Dengan mengubah-ubah rpm, akan diperoleh viskosita cairan pada berbagai rpm.
Buatlah grafik antara rpm dan viskositas, kemudian tentukan tipe aliran dari masingmasing zat.
F. PENIMBANGAN DAN PERHITUNGAN BAHAN Perhitungan :
1. Carboxy Methyl Celulosa Natrium 1 % 1% x 500 = 5 gr 100 % 2. Pulvis Gumi Arabicum 1 % 1% x 500 = 5 gr 100 % 3. Glukosa untuk Sirupus Simpleks 65 % x 100 = 65 gr 100
Pengembangan Carboxy Methyl Celulosa Natrium 1 % Aquadestila = 20 x berat CMC Na 1 % Aquadestila = 20 x 5 gr = 100 ml
Pengembangan Pulvis Gumi Arabicum 1 % Aquadestila = 1,5 x berat PGA 1 % Aquadestila = 1,5 x 5 gr = 7,5 ml
Pengembangan Sirupus Simpleks Aquadestila = 100 gr x berat glukosa untuk Sirupus Simpleks Aquadestila = 100 gr x 65 gr = 35 gr bagian air
Penimbangan :
Carboxy Methyl Celulosa Natrium 1 %............................. 5 gr Pulvis Gumi Arabicum 1 %................................................ 5 gr Glukosa untuk Sirupus Simpleks…………………………. Simpleks…………………………. 65 gr
Aquadest untuk Pengembangan Carboxy Methyl Celulosa Natrium 1 % 100 ml Aquadest untuk Pengembangan Carboxy Methyl Celulosa Natrium 1 % ad 500 ml
Aquadest untuk Pengembangan Pulvis Gumi Arabicum 1 % 7,5 ml Aquadest untuk Pengembangan Pulvis Gumi Arabicum 1 % 500 ml
Aquadest untuk Pengembangan Sirupus Simpleks 35 gr bagian air Aquadest untuk Pengembangan Sirupus Simpleks 100 ml
G. HASIL PENGAMATAN 1. Data Hasil Pengukuran Viskositas dengan Menggunakan Viskometer Hoeppler
Tabel Bola yang Dipakai
Nama Zat
Bobot Jenis
Jenis Bola
Diameter
3
Bola (g/cm )
Bola (mm)
Konstanta (B) Bola 3
(mPa.s.cm /g.s)
Propylenglikol
Boron Silica Glass
2,2
15,4
0,09
Gliserin
Nickeliron Alloy
8,1
15,5
0,09
Sirupus Simpleks
Boron Silica Glass
2,2
15,4
0,09
Tabel Hasil Pengukuran Viskositas dengan Menggunakan Viskometer Hoeppler
Nama Zat
Bobot
Bobot Jenis
Jenis Bola
Cairan
Waktu [t] (s)
Konstanta [B]
Viskositas
Bola
[ŋ]
(g/cm )
(g/cm )
t1
t2
t3
t total
(mPa.s.cm /g.s)
(mPa.s)
Gliserin
2,2
1,234
131
171
264
188
0,09
16,345
Propylenglikol
8,1
1,062
66
54
52
57
0,09
36,105
2,2
1,27
59
141
54
254
0,09
22,083
3
Sirupus Simpleks
Keterangan : mPa.s ≈ cP
3
3
PERHITUNGAN : Berat Jenis
Berat Jenis Gliserin W3 - W1 Bj =
48,61 - 17,67 =
W2 - W1
30,94 3
= 42,74 - 17,67
= 1,234 g/cm 25,07
Berat Jenis Propylenglikol W3 - W1 Bj =
44,29 - 17,67 =
W2 - W1
26,62 3
= 42,74 - 17,67
= 1,062 g/cm 25,07
Berat Jenis Sirupus Simpleks W3 - W1 Bj =
49,51 - 17,67 =
W2 - W1
31,84 3
= 42,74 - 17,67
= 1,27 g/cm 25,07
Waktu Total
Waktu Total Gliserin t1 + t2 + t3 ttotal =
131 s + 171 s + 264 s =
= 188 s
3
3
Waktu Total Propylenglikol t1 + t2 + t3 ttotal =
66 s + 54 s + 52 s =
3
= 57 s 3
Waktu Total Sirupus Simpleks t1 + t2 + t3
59 s + 141 s + 54 s
ttotal =
=
= 254 s
3
3
VISKOSITAS
Viskositas Gliserin ŋ = t ( P ( P bola - P cairan cairan ) B 3
3
3
= 188 s ( 2,2 g/cm – 1,234 – 1,234 g/cm ) 0,09 mPa.s.cm /g.s 3
3
= 188 s ( 0,966 g/cm ) 0,09 mPa.s.cm /g.s = 16,345 mPa.s
Viskositas Propylenglikol ŋ = t ( P ( P bola - P cairan cairan ) B 3
3
3
= 57 s ( 8,1 g/cm – 1,062 – 1,062 g/cm ) 0,09 mPa.s.cm /g.s 3
3
= 188 s ( 7,038 g/cm ) 0,09 mPa.s.cm /g.s = 36,105 mPa.s
Viskositas Sirupus Simpleks ŋ = t ( P ( P bola - P cairan cairan ) B 3
3
3
= 57 s ( 2,2 g/cm – 1,27 – 1,27 g/cm ) 0,09 mPa.s.cm /g.s 3
3
= 188 s ( 0,966 g/cm ) 0,09 mPa.s.cm /g.s = 22,083 mPa.s
2. Data Hasil Pengukuran Viskositas dengan Menggunakan Viskometer Brookfiled untuk Menentukan Sifat Aliran
Tabel Pengukuran Viskositas Menggunakan Viskometer Brookfield pad a Gliserin Spindel
Speed (rpm)
62
63
64
20
420 cP
348 cP
330 cP
30
425 cP
360 cP
440 cP
50
431 cP
355 cP
490 cP
60
426 cP
354 cP
500 cP
100
423 cP
373 cP
546 cP
Tabel Pengukuran Viskositas Menggunakan Viskometer Brookfield pada Pulvis Gumi Arabicum 1 % Spindel
Speed (rpm)
62
63
64
20
-
-
-
30
-
-
-
50
-
-
-
60
3,5 cP
-
-
100
7,5 cP
12 cP
60 cP
Keterangan : (-) tidak terdektesi
Tabel Pengukuran Viskositas Menggunakan Viskometer Brookfield pada Carboxy Methyl Celulosa Natrium 1 % Spindel
Speed (rpm)
62
63
64
20
95 cP
54 cP
-
30
94 cP
76 cP
-
50
91,8 cP
89 cP
100 cP
60
90,5 cP
90 cP
110 cP
100
90,4 cP
94 cP
144 cP
GRAFIK
Grafik Antara Viskositas Gliserin dengan rpm
Grafik Antara Viskositas Viskositas Gliserin dengan rpm pada Spindel 62 432 430 ) 428 ŋ ( s a426 t i s o424 k s i V422
y = 0.0155x + 424.2 R² = 0.0141 Y-Values Linear (Y-Values)
420 418 0
20
40
60
80
100
120
rpm
Grafik Antara Viskositas Viskositas Gliserin dengan rpm pada Spindel 63 375 y = 0.25x + 345 R² = 0.685
370 ) ŋ365 ( s a t i 360 s o k s i 355 V
Y-Values Linear (Y-Values)
350 345 0
20
40
60
rpm
80
100
120
Grafik Antara Viskositas Viskositas Gliserin dengan rpm pada Spindel 64 700 600
y = 2.3165x + 340.74 R² = 0.7658
) 500 ŋ ( s a400 t i s o300 k s i V200
Y-Values Linear (Y-Values)
100 0 0
20
40
60
80
100
120
rpm
Grafik Antara Viskositas Pulvis Gumi Arabicum 1 % dengan rpm
Grafik Antara Viskositas PGA 1 % dengan rpm pada Spindel 62 8 y = 0.1x - 3 R² = 0.8758
7 6 ) 5 ŋ ( s 4 a t i 3 s o k 2 s i V1
Y-Values Linear (Y-Values)
0 -1 0 -2
20
40
60
rpm
80
100
120
Grafik Antara Viskositas PGA 1% dengan rpm pada Spindel 63 14 12 y = 0.1485x - 5.3196 R² = 0.7423
10 ) ŋ 8 ( s a 6 t i s o 4 k s i V 2
Y-Values Linear (Y-Values)
0 -2
0
20
40
-4
60
80
100
120
rpm
Grafik Antara Viskositas PGA 1 % dengan rpm pada Spindel 64 70 60 y = 0.7423x - 26.598 R² = 0.7423
50 ) ŋ 40 ( s a 30 t i s o 20 k s i V10
Y-Values Linear (Y-Values)
0 -10 -20
0
20
40
60
80
100
120
rpm
Grafik Antara Viskositas Carboxy Methyl Celulosa Natrium 1 % dengan rpm
Grafik Antara Antara Viskositas Viskositas CMC Na 1 % dengan rpm pada Spindel 62 96 95 ) 94 ŋ ( s a93 t i s o92 k s i V91
Y-Values Linear (Y-Values)
90
y = -0.0589x + 95.401 R² = 0.7784
89 0
20
40
60
80
100
120
rpm
Grafik Antara Antara Viskositas Viskositas CMC Na 1 % dengan rpm pada Spindel 63 120 y = 0.4263x + 58.433 R² = 0.6607
100 ) ŋ 80 ( s a t i 60 s o k s i 40 V
Y-Values Linear (Y-Values)
20 0 0
20
40
60
rpm
80
100
120
Grafik Antara Antara Viskositas Viskositas CMC Na 1 % dengan rpm pada Spindel 64 180 y = 1.9567x - 30.948 R² = 0.8358
160 140 ) 120 ŋ ( s 100 a t i 80 s o k 60 s i V 40
Y-Values Linear (Y-Values)
20 0 -20 0
20
40
60
80
100
120
rpm
H. PEMBAHASAN
I. Viskometer Hoeppler Dalam percobaan viskometer bola jatuh ini, suatu bola gelas (bobot jenis 2.2 3
3
gram/cm , diameter 15.4 cm, dan konstanta 0.09 mPa.s.cm /g.s) atau bola besi (bobot 3
3
jenis 8.1 gram/cm , diameter 15.5 cm, dan konstanta 0.09 mPa.s.cm /g.s) jatuh ke bawah dalam suatu tabung gelas yang hampir vertikal, mengandung cairan yang diuji pada temperatur konstan. Cairan yang digunakan antara lain propilenglikol, gliserin, dan sirupus simpleks. Laju jatuhnya bola yang mempunyai kerapatan dan diameter tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sampel tersebut. Viskometer Hoeppler merupakan alat yang ada dalam perdagangan berdasarkan pada pinsip ini. Sampel dan bola diletakkan dalam tabung gelas dalam dan dibiarkan mencapai temperatur keseimbangan dengan air yang berada di dalam jaket di sekelilingnya pada temperatur konstan. Tabung dan jaket air tersebut dibalik, yang akan menyebabkan bola berada pada puncak tabung gelas dalam. Waktu bagi bola tersebut untuk jatuh antara dua tanda diukur dengan teliti dan diulangi beberapa kali kemudian dirata-ratakan. Waktu rata-rata bola gelas pada cairan propilenglikol adalah 57 detik, bola besi pada gliserin 188 detik, dan bola gelas pada sirupus simpleks adalah 85 detik. Kemudian viskositas suatu cairan Newton dihitung
dengan persamaan η = t (Sb – Sf) – Sf) B, dimana η adalah vikositas, t adalah waktu interval dalam detik (lamanya bola jatuh antara kedua titik m1 dan m3), Sb adalah gravitasi jenis dari bola dan Sf adalah gravitasi jenis dari cairan, keduanya pada temperatur dimana percobaan dilakukan. B adalah konstanta untuk bola tertentu, yang besarnya sudah ada pada pedoman penggunaan alat tersebut. Karena keanekaragaman bola gelas dan juga bola besi dengan diameter yang berbeda -beda pula, pu la, alat ini dapat digunakan untuk harga ha rga viskositas dari 0.5 sampai 200.000 poise. poise. Untuk mendapatkan yang terbaik, harus digunakan sebuah bola yang menghasilkan t tidak kurang dari 30 detik. Dari perhitungan tersebut, diperoleh viskositas propilenglikol, gliserin, dan sirupus simpleks berturut-turut adalah 36,105 mPa.s, 16,345 mPa.s dan 22,083 mPa.s. Pada percobaan ini, jika bidang cairan paling atas bergerak dengan dengan suatu kecepatan konstan, setiap lapisan di bawahnya akan bergerak dengan suatu kecepatan yang berbanding lurus dengan jarak dari lapisan dasar yang diam. Perbedaan kecepatan (dv) antara dua bidang cairan dipisahkan oleh suatu jarak yang kecil sekali (dr) adalah “perbedaan kecepatan” atau “rate “rate of shear ”, ”, dv/dr. Gaya per satuan luas F' / A diperlukan untuk menyebabkan aliran, ini disebut shearing stress. stress. Semakin besar viskositas suatu cairan, akan semakin besar pula gaya per satuan luas ( shearing shearing stress) stress) yang diperlukan untuk menghasilkan suatu rate of shear tertentu. Oleh karena itu, rate of shear harus berbanding lurus dengan shearing dengan shearing stress dimana η adalah koefisien koefisien viskositas, biasanya dinyatakan hanya sebagai viskositas saja. Satuan viskositas adalah poise dinyatakan sebagai shearing stress yang dibutuhkan untuk menghasilkan kecepatan 1 cm/detik antara dua bidang cairan yang 2
paralel dimana luas masing-masing adalah 1 cm dan dipisahkan oleh jarak 1 cm. Satuan yang lebih enak digunakan adalah centipoise atau cp ( jamak, jamak, cps), cps), 1 cp sama dengan 0,01 poise. poise.
II. VISKOMETER BROOKFIELD
Percobaan kedua adalah menentukan sifat aliran dari suatu cairan non newton. Cairan non newton memiliki viskositas yang berbeda pada variasi kecepatan geser, sehingga untuk mengukur viskositasnya dilakukan dengan mengukur pada beberapa kecepatan geser. Sediaan farmasi yang baik umumnya harus memiliki sifat aliran
tiksotropik, sebab pada saat bergerak viskositasnya kecil sehingga adanya homogenitas dari dosis sediaan, sedangkan pada saat diam viskositas dari sediaan kembali meningkat. Pada percobaan percobaan ini pengukuran aliran aliran dilakukan dilakukan
dengan menggunakan viskosimeter
Brookfield. Pemilihan spindle tergantung pada viskositasnya cairan yang akan di uji, semakin besar viskositas dari suatu cairan uji maka spindle yang digunakan makin kecil untuk mempermudah proses pengukuran sifat aliran. Langkah awal yakni spindle dipasang pada gantungan spindle untuk mengukur kecepatan geser (shearing stress) dari suatu larutan. Larutan yang akan diukur ditempatkan pada gelas beker. Turunkan spindle sedemikian rupa pada cairan tadi sehingga batas spindle tercelup ke dalam cairan tanpa menyentuh dasar maupun dinding dari gelas beker karena jika spindel menyentuh dasar akan terjadi gesekan yang akan memberi gaya yang menghambat perputaran spindle dan dapat merusak alat. Hal ini menyebabkan pengukuran menjadi kurang tepat. Kontrol kecepatan pada alat diatur mulai dari kecepatan terendah yaitu 0,3 rpm hingga 100 rpm, pengujian dilakukan sebanyak 3 kali pada masing-masing pengaturan kecepatan. Viskositas dapat diukur pada saat spindle mulai berputar, maka pada penampang alat akan terlihat harga viskositas zat dalam cP (centipoises). Harga dari viskositas akan muncul jika persentase skala yang muncul ≥ 0. Jika skala tidak menunjukkan angka atau menampilkan angka negatif berarti alat tersebut tidak mampu mengukur viskositas sampel pada kecepatan yang telah ditentukan karena viakositas terlalu besar atau kecepatan gerak spind le terlalu kecil.. Dalam pengukuran viskometer titik ganda dengan viskometer Brookfield menggunakan cairan ( larutan ) gliserin, CMCNa dan PGA. Dari hasil percobaan cairan gliserin merupakan cairan Newton, karena gliserin memiliki viskositas konstan pada suhu dan tekanan konstan, tetapi gliserin pun dapat masuk pada cairan non-newton dengan tipe aliran pseudoplastik, ada pemberian harga teganagn geser yang rendah, jadai setelah diberi pengaruhgaya geser, akan terjadi aliran (asal kurva di titik nol). Pada kerja gaya geser yanglebih tinggi, aliran mula-mula terhambat (bagian kurva yang cembung) berubah menjadi men jadi perilaku ideal atau nyaris ideal(bagian lurus dari kurva). Jadi viskositas turun dengan menaiknya menaikn ya beban geseran, dan system menjadi lebih encer. Pada cairan CMCNa merupakan cairan non Newton di pengaruhi oleh waktu, karena CMCNa meemiki viskositas tidak konstan dan termasuk kelompok aliran tiksotropik. Akan tetapi,
pengujian dengan cairan PGA, bertambah besarn ya konsentrasi PGA P GA maka viskositasnya juga semakin besar, besa r, hal ini merupakan cairan non -newton tidak dipengaruhi waktu yaitu aliran dilatan dimana di dalam aliran ini apabila viskosiatsnya naik makan konsentrasinya pun meningkat.
I. KESIMPULAN
Dari percobaan ini, dapat disimpulkan bahwa viskometer Hoeppler atau viskositas bola jatuh dipengaruhi oleh beberapa poin berikut : 1. Bobot jenis sampel dan jenis bola (meliputi bobot jenis, diameter, dan konstantanya) Laju jatuhnya bola yang mempunyai kerapatan dan diameter tertentu adalah kebalikan fungsi viskositas sampel tersebut. 2. Tabung dan jaket air. Tabung dan jaket air yang dibalik, yang akan menyebabkan bola berada pada puncak tabung gelas dalam. 3. Temperatur 4. Gravitasi jenis dari bola dan gravitasi jenis dari cairan pada temperatur dimana percobaan dilakukan. Viscometer Brookfield : 1. Gliserin tipe aliran newton dan non-newton 2. CMC-Na termasuk tipe aliran non-newton yang dipengaruhi oleh waktu yaitu aliran tiksotropik 3. PGA termasuk aliran non-newton yang tidak dipen garuhi oleh waktu yaitu aliran dilatan. 4. Sifat viskositas ini sangat penting diketahui dalam farmasi, formulasi maupun industri. Hal ini dapat ditunjukkan dalam pencampuran dan aliran bahan obat, pengemasan dalam wadah serta dalam pengambilannya. 5. Viskositas pun penting dalam analisa produk seperti emulsi, pasta, suppositoria, serta pemilihan peralatan untuk processing yang digunakan dalam pembuatannya.
J.
DAFTAR PUSTAKA
Ansel, C. Howard. 2005. Pengantar Bentuk Sediaan Farmasi. Jakarta : UI-Press U I-Press Ari, Setyawan (Alumni Jurusan Tekhnologi Hasil Pertanian Universitas Universitas Brawijaya 2007) Farmakope Indonesia Edisi III Tahun 1979. Departemen Kesehatan RI Martin, Martin, A., J. Swarbrick Swarbrick,, dan A. Cammarata. Cammarata. 2008. Farmasi Farmasi Fisika Fisika 2 Edisi Edisi Ketiga . Ja ka rt a : UIPress.
