VISKOSITA DAN RHEOLOGI

I. LATAR BELAKANGFarmasi fisika adalah ilmu yang mempelajari gabungan antara ilmu farmasetika dan fisika yang berupa perhitungan dan satuan kemudian diaplikasika dalam berbagai bentuk sediaan obat. Salah satu hal yang mempengaruhi suatu sediaan farmasi baik atau tidak, adalah sifat alir sediaan maka dari itu kita perlu mempelajari viskositas dan rheologi. Prinsip dasar rheologi telah digunakan dalam penyelidikan cat, tinta, berbagai adonan, kosmetik serta bahan-bahan lain. Penyelidikan viskositas dari cairan sejati, larutan, dan sistem koloid baik yang encer maupun yang kental jauh lebih bersifat praktis dari pada bernilai teoritis.

Sediaan-sediaan farmasi bentuk cair dan semipadat memiliki kemampuan berbeda-beda untuk mengalir. Sediaan semipadat umumnya lebih susah untuk mengalir. Sediaan yang lebih sulit untuk mengalir dikatakan memiliki nilai viskositas atau kekentalan yang lebih besar dibandingkan dengan yang lebih mudah untuk mengalir. Dalam pasaran, sediaan-sediaan semipadat dan cair harus memiliki nilai viskositas yang sesuai dengan tujuan penggunaannya

Viskositas dan rheologi dalam bidang kefarmasian kefarmasiaan memiliki banyak manfaat Adapun manfaat viskositas yaitu misalkan pabrik pembuat krim k osmetik, pasta, dan lotion harus mampu menghasilkan suatu produk yang mempunyai konsistensi dan kelembutan yang dapat diterima oleh konsumen, untuk karakterisasi produk sediaan farmasi (dosage form) sebagai penjaminan kualitas yang sama untuk setiap batch, pencampuran aliran dari bahan, penuangan, pengeluaran dari tube, atau pelewatan dari jarum suntik. Viskositas dipengaruhi oleh beberapa hal seperti suhu, pengadukan, tekanan, serta penambahan zat-zat lain yang umumnya bersifat sebagai pengental. Rheologi suatu produk tertentu, yang konsistensinya dapat berkisar dari cair ke semipadat sampai ke padatan, dapat mempengaruhi penerimaan pasien, stabilitas fisika, dan bahkan ketersediaan hayati. Mengingat viskositas dan rheologi sangat penting bagi seorang farmasis, maka dalam praktikum ini, akan dipelajari mengenai viskositas beberapa zat cair sehingga nantinya dapat menentukan viskositas yang cocok untuk suatu sediaan.II. RUMUSAN MASALAH2.1 Apakah arti dari viskosita dan rheologi?2.2 Bagaimana cara membedakan cairan Newton dan cairan non Newton?

2.3 Bagaimana cara menggunakan alat-alat penentuan viskosita dan rheologi?

2.4 Bagaimana cara menentukan viskosita dan rheologi cairan Newton dan non Newton?

III. TUJUANSetelah melakukan praktikum ini, praktikan diharapkan mampu:

3.1. Menerangkan arti viskosita dan rheologi.

3.2. Membedakan cairan Newton dan cairan non Newton.

3.3. Menggunakan alat-alat penentuan viskosita dan rheologi.

3.4. Menentukan viskosita dan rheologi cairan Newton dan non Newton.

IV. DASAR TEORI4.1 Viskositas

Viskositas merupakan gaya satu ukuran gesek diantara lapisan-lapisan yang berdekatan dari suatu cairan (Martin et al, 2008). Viskositas adalah ukuran resistensi zat cair untuk mengalir. Makin besar resistensi suatu zat cair untuk mengalir semakin besar pula viskositanya (Ansel, 2005).

Viskositas adalah pengukuran daya tahan/hambatan suatu larutan untuk mengalir. Meskipun molekul-molekul dalam larutan berada dalam pergerakan acak yang konstan, tetapi kecepatannya pada arah tertentu bernilai nol, kecuali jika diberikan suatu gaya yang menyebabkan suatu larutan dapat mengalir. Gaya yang cukup besar yang diperlukan untuk dapat membuat suatu larutan mengalir pada kecepatan tertentu berhubungan dengan viskositas suatu larutan. Aliran terjadi pada saat molekul suatu larutan saling menyalip satu sama lain dengan kecepatan tertentu serta pada bidang tertentu pula (Toledo, 1991).

Viskositas dinyatakan dalam simbol . Viskositas merupakan perbandingan antara shearing stress F/A dan rate of shear dv/dx. Satuan viskositas adalah poise atau dyne detik cm-2.

Menurut Newton:

Keterangan :

= koefisien viskositas satuan yang sering digunakan adalah centiPoises cP ( jamak: cPs )

1 cP = 0,01 Poise

(Martin et al, 2008)

Viskositas dipengaruhi oleh:Faktor-fatoryang mempengaruhi viskositas adalah sebagai berikut:

1. Tekanan, viskositas cairan naik dengan naiknya tekanan, sedangkan viskositas gas tidak dipengaruhi oleh tekanan.

2. Temperatur, viskositas akan turun dengan naiknya suhu, sedangkan viskositas gas naik dengan naiknya suhu. Pemanasan zat cair menyebabkan molekul-molekulnya memperolehenergi. Molekul-molekul cairan bergerak sehingga gaya interaksi antar molekul melemah. Dengan demikian viskositas cairan akan turun dengan kenaikan temperatur.3. Kehadiran zat lain, penambahan gula tebu meningkatkan viskositasair. Adanya bahan tambahan seperti bahan suspensi menaikkan viskositas air. Pada minyak ataupun gliserin adanya penambahan air akan menyebabkan viskositas akan turun karena gliserin maupun minyak akan semakin encer, waktu alirnya semakin cepat.4. Ukuran dan berat molekul, viskositas naik dengan naiknya berat molekul. Misalnya laju aliran alkohol cepat, larutan minyak laju alirannya lambat dan kekentalannya tinggi seta laju aliran lambat sehingga viskositas juga tinggi.5. Berat molekul, Viskositas akan naik jika ikatan rangkap semakin banyak. Kekuatan antar molekul, viskositas air naik denghan adanya ikatan hidrogen, viskositas CPO dengan gugus OH pada trigliseridanya naik pada keadaan yang sama.

(Bird, 1987).Berdasarkan hukum Newton tentang sifat alir cairan, maka tipe aliran dibedakan menjadi 2, yaitu: Cairan Newton, cairannya mengalir mengikuti aturan-aturan viskositas. Non Newton, aturannya tidak mengikuti aturan viskositas. Cairan biasanya memiliki ukuran molekul yang paling besar atau mempunyai struktur tambahan, misalnya koloid. Untuk mengalirkan cairan bukan cairan Newton sehingga diperlukan tambahan gaya atau jika perlu memecah strukturnya. (Wiroatmojo, 1988).Tipe aliran non-Newton terjadi pada dispersi heterogen antara cairan dengan padatan seperti pada koloid, emulsi, dan suspensi. Berdasarkan grafik sifat alirannya (rheogram), cairan non Newton terbagi menjadi dua kelompok, yaitu:a. Cairan yang sifat alirannya tidak dipengaruhi waktu. Kelompok ini terbagi atas tiga jenis, yaitu:

Aliran plastis

Aliran pseudoplastik

Aliran dilatan

b. Cairan yang sifat alirannya dipengaruhi waktu. Kelompok ini terbagi atas tiga jenis, yakni:

Aliran tiksotrofik

Aliran antitiksotrofik

Aliran rheopeksi

1. Aliran Plastis

Kurva aliran plastis tidak melalui titik (0,0) tapi memotong sumbu shearing stress (atau akan memotong jika bagian lurus dari kurva tersebut diekstrapolasikan ke sumbu) pada suatu titik tertentu yang dikenal dengan sebagai harga yield. Cairan plastis tidak akan mengalir sampai shearing stress dicapai sebesar yield value tersebut. Pada harga shearing stress di bawah harga yield value, zat bertindak sebagai bahan elastis (meregang lalu kembali ke keadaan semula, tidak mengalir) (Martin et al, 2008).

2. Aliran Pseudoplastis

Sebagai aturan umum, aliran pseudoplastis terjadi pada molekul berantai panjang seperti polimer-polimer termasuk gom, tragakan, Na-alginat, metil selulose dan karboksimetilselulose yang merupakan kebalikan dari sistem plastis, dimana tersusun dari partikel-partikel yang terflokulasi dalam suatu suspensi (Martin et al, 2008).

3. Aliran Dilatan

Viskositas cairan dilatan meningkat dengan meningginya kecepatan geser, karena terjadi peningkatan volume antar partikel sehingga pembawa tidak lagi mencukupi. Aliran dilatan terjadi pada suspensi yang memiliki presentase zat padat terdispersi dengan konsentrasi tinggi. Terjadi peningkatan daya hambat untuk mengalir (viskositas) dengan meningkatnya rate of shear. Jika stress dihilangkan, suatu sistem dilatan akan kembali ke keadaan fluiditas aslinya (Lachman dan Lieberman, 1994).

4. Aliran Tiksotropik

Tiksotropik didefinisikan sebagai suatu pemulihan yang isoterm dan lambat pada pendiaman suatu bahan yang kehilangan konsistensinya karena shearing. Sistem tiksotropik biasanya mengandung partikel-partikel asimetris yang melalui berbagai titik hubungan menyusun kerangka tiga dimensi diseluruh sampel tersebut . Pada aliran ini, kurva menurun berada di sebelah kiri kurva menaik. Fenomena ini umumnya dijumpai pada zat yang mempunyai aliran plastik dan pseudoplastik. Kondisi semacam ini disebabkan karena terjadinya perubahan struktur yang tidak segera kembali ke keadaan semula pada saat tekanan geser diturunkan. Sifat aliran semacam ini umumnya terjadi pada partikel asimetrik (misalnya polimer) yang memiliki banyak titik kontak dan tersusun membentuk jaringan tiga dimensi (Martin et al, 2008).

5. Aliran Antitiksotropik

Dalam antitiksotropi keadaan keseimbangan adalah sol. Samyn dan Jung menyatakan antitiksotropi disebabkan oleh meningkatnya frekuensi tumbukan dari partikel-partikel terdispersi atau molekul-molekul polimer dalam suspensi. Hal ini akan meningkatkan ikatan antarpartikel dengan bertambahnya waktu.

6. Aliran Rheopeksi

Rheopeksi adalah suatu gejala dimana suatu sol membentuk suatu gel lebih cepat jika diaduk perlahan-lahan atau kalau di shear daripada jika dibiarkan membentuk gel tersebut tanpa pengadukan (Martin et al, 2008).

4.2 Rheologi

Kata rheologi berasal dari bahasa yunani yang terdiri dari dua suku kata yaitu rheo yang berarti mengalir dan logos yang berarti ilmu. Rheologi merupakan bidang ilmu yang mempelajari perubahan sifat-sifat fisik suatu larutan (benda cair) yang berkaitan dengan penerapan suatu energi atau gaya (forces) pada benda cair tersebut (Martin et al, 2008). Rheologi meliputi pencampuran dan aliran dari bahan, pemasukan ke dalam wadah, pemindahan sebelum digunakan, apakah dicapai dengan penuangan dari botol, pengeluaran dari tube atau pelewatan dari jarum suntik (Martin dan Swarbrick, 1990).

4.3 ViskosimeterViskosimeter adalah alat untuk menghitung nilai viskositas atau kekentalan suatu fluida (Ridwan, 1999). Viskosimeter dikelompokkan menjadi dua, yaitu:

1. Viskosimeter satu titik

Viskosimeter ini bekerja pada satu titik kecepatan geser, sehingga hanya dihasilkan satu titik pada rheogram. Viskosimeter yang termasuk ke dalam jenis ini misalnya viskosimeter kapiler, bola jatuh, penetrometer, plate plastometer (Ridwan,1999). Viskosimeter Bola Jatuh

Prinsip viskosimeter bola jatuh yaitu pengukuran benda kerja berupa bola yang terbuat dari bahan yang telah ditentukan dijatuhkan kedalam tabung yang telah diisi fluida dengan viskositas atau kekentalan yang ditentukan (Ridwan, 1999).

Viskosita cairan dapat dihitung dengan persamaan Stokes :

Keterangan :

r : jari-jari bola (cm)

1 : bobot jenis bola

2: bobot jenis cairan

g : gaya gravitasi

v: kecepatan bola (cm.detik-1)

Persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi :

Keterangan :

B: konstanta bola

t : waktu tempuh bola jatuh (detik)2. Viskosimeter Banyak Titik

Menggunakan viskosimeter semacam ini dapat dilakukan pengukuran pada beberapa harga kecepatan geser sehingga diperoleh rheogram yang sempurna. Viskosimeter yang termasuk ke dalam jenis viskosimeter ini adalah viskosimeter rotasi tipe Stormer, Brookfield, Rotovisco dan lain-lain. Viskosimeter BrookfieldViskositas menunjukkan kekentalan suatu bahan yang diukur dengan menggunakan alat viskosimeter. Penentuan sifat aliran dilakukan menggunakan alat viskosimeter Brookfield (Wathoni dkk., 2009). Viskositas yang baik akan memiliki nilai yang tinggi. Semakin tinggi viskositas suatu bahan, maka bahan tersebut akan makin stabil karena pergerakan partikel cenderung lebih sulit dengan semakin kentalnya suatu bahan (Schmitt, 1996).

V. PROSEDUR PENELITIAN5.1 Alat dan BahanAlat

Viskometer hoeppler

Viskometer Broolfield Piknometer

Gelas beker Corong gelas TissuBahan Akuades Oleum ricini Gliserin

Sorbitol 70%

Propilenglikol

Sediaan emulsi5.2 PROSEDUR KERJA5.2.1 Mengukur Viskosita dengan Viskometer Falling Ball

5.2.2 Mengukur viskosita dengan viskometer Brookfield

DAFTAR PUSTAKAAnsel, C.H. 2005. Pengantar Bentuk Sediaan Farmasi. Jakarta : UI-PressToledo, R. T. 1991. Fundamentals of Food Process Engineering, Second Edition. New York : Van Nostrand Remhold.Wiroatmojo. 1988. Kimia Fisika. Jakarta: DepdikbudLachman, L., Lieberman, H.A. 1994. Teori dan Praktek Farmasi Industri. Edisi Kedua. Jakarta: UI Press.Martin, A.J. dan A.C. Swarbrick. 1990. Farmasi Fisik Edisi Ketiga, Buku 2. Jakarta: UI Press.Ridwan. 1999. Mekanika Fluida Dasar. Jakarta: Gunadarma.Wathoni,N.,Soebagio,B.,dan Rikhardus Rafael Kolo Meko. 2009. PROFIL ALIRAN DISPERSI PATI UBI JALAR (Ipomea batatas(L). Farmaka Vol.7(2)

Schmitt, W.H. and Williams, D.F. 1996. Cosmetics And Toiletries Industry, 2nd Ed. London: Blackie Academy and Profesional.

Neuwald,F. 1966. Rheological Studies Of New Cream Bases With The Brookfield Synchro-Lectric Viscometer. J. Soc. Cosmetic Chemists Vol.17: p213-233.

Bird, Tony. 1987. Kimia Fisik untuk Universitas. Jakarta: GramediaMartin, A. 2008. Farmasi Fisik Dasar-Dasar Kimia Fisik dalam Ilmu Farmasetik. Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia.Martin, A.N., J. Swarbrick, A. Cammarata. 2006. Physical Pharmacy, 5th ed. Philadelphia: Lea & Febiger.Martin, A.,1993. Physical Pharmacy. Fourth ed. Philadelphia: Lea & Febiger. pp

F/A = dv/dx

F/A = dv/dx

= EMBED Equation.3

Gambar 1. Rheogram Plastik (Martin et al, 2008).

Gambar 2. Rheogram pseudoplastik (Martin, 1993)

Gambar 3. Rheogram Dilatan (Martin, 1993)

Gambar 4. Rheogram Tiksotropik (Martin et al, 2006)

Gambar 5. Rheogram Aliran Antitiksotropik (Martin et al, 2008)

Gambar 6. Rheogram Rheopeksi (Martin, 1993)

= EMBED Equation.3

= B (1 2) t

Gambar 7. Viskosimeter Brookfield (Neuwald, 1966)

Diisi tabung yang ada didalam alat dengan cairan yang akan diukur viskositasnya sampai hampir penuh.

Dimasukkan bola yang sesuai.

Ditambahkan cairan sampai tabung penuh dan ditutup sedemikian rupa sehingga tidak terdapat gelembung udara di dalam tabung.

Apabila bola sudah turun melampaui garis awal, bola dikembalikan ke posisi semula dengan cara membalikkan tabung.

Dicatat waktu tempuh bola melalui tabung mulai dari garis m1 sampai m3 dalam detik.

Ditentukan bobot jenis cairan dengan menggunakan piknometer.

Dihitung viskosita cairan dengan menggunakan rumus yang telah diberikan.

Diatur waterpass pada alat terlebih dahulu hingga gelembung tepat berada di tengah lingkaran.

Dipasang spindel no. 2 pada gantungan spindel.

Diturunkan spindel sedemikian rupa sehingga batas spindel tercelup ke dalam cairan yang akan diukur viskositasnya.

Dipasangkan stop kontak pada alat

Diatur kecepatan dan nomor spindel yang digunakan. Dilakukan pengamatan pada minimal 5 titik kecepatan dan diamati angka yang dihasilkan pada alat pada rentang 10-100%.

Dihidupkan motor sambil menekan tombol on. Dibiarkan spindel berputar dan diperhatikan angka yang tertera pada alat.

Dengan mengubah-ubah ppm, akan diperoleh viskosita cairan pada berbagai cPs.

Untuk mengetahui sifat aliran, dibuat kurva antara rpm dengan usaha yang dibutuhkan untuk memutar spindel.

13

_1332257699.unknown

_1332257701.unknown