KROMATOGRAFI PENUKAR ION (KPI)

MAKALAH

KROMATOGRAFI PENUKAR ION (KPI)

DI SUSUN OLEH :

1.      AHMAD WAHID                (01)

2.      ANDI SOFYAN                   (02)

3.      HERNI PRIHASTINI          (16)

4.      LIA NURFITRIA                 (20)

5.      RISCA WAHYU F.              (29)

6.      YULIA NUR H                    (36)

KELOMPOK 6

3 Kimia Analis 2

SMK NEGERI 1 TEMANGGUNG

TAHUN AJARAN 2015/2016

KROMATOGRAFI PERTUKARAN ION (KPI)

A.    Pengertian

Kromatografi Pertukaran ion adalah proses pemurnian senyawa spesifik di dalam larutan campuran atau proses substitusi satu jenis senyawa ionik dengan yang lain terjadi pada permukaan fase stasioner. Fase stasioner tersebut merupakan suatu matriks yang kuat (rigid), yang permukaannya mempunyai muatan, dapat berupa muatan positif maupun negatif. Mekanisme pemisahan berdasarkan pada daya tarik elektrostatik.

Kromatografi pertukaran ion adalah jenis kromatografi yang melibatkan reaksi kimia dalam pemisahannya. Dengan demikian, kesetimbangan yang terjadi di permukaan berbeda dengan kesetimbangan kromatografi lainnya. Komponen ionik akan tertahan secara selektif karena berkaitan dengan penukar ion yang ada pada fase diam. Kromatografi ini mempunyai keterbatasan karena berkaitan dengan perhitungan kimia.

Kromatografi Ion merupakan aplikasi tehnik kromatografi cairan kinerja tinggi (KCKT) dalam kromatografi penukar ion dengan menggunakan komponen resin penukar ion dan detektor konduktometer. Resin terdiri dari resin penukar kation dan anion. Resin penukar kation biasanya dalam bentuk asam kuat yang dapat bereaksi dengan kation yang berbasa kuat sperti Na, K, Ca, Mg dan juga kation berbasa lemah misalnya NH4+, sedangkan resin penukar kation dalam bentuk asam lemah dapat bereaksi dengan kation berbasa kuat, tetapi kurang baik untuk kation berbasa lemah. Resin penukar anion biasanya dalam bentuk basa kuat mampu bereaksi dengan anion asam kuat seperti Cl-, SO42-, NO3-, dan anion asam lemah misalnya CO32-, sedangkan resin penukar anion yang bersifat basa lemah hanya baik bereaksi dengan anion asam kuat.

Sampel cair yang mengandung ion atau logam ini bisa diketahui atau dianalisis dengan menggunakan teknik kromatografi ion (ion chromatography). Dengan menggunakan teknik kromatografi ion, anda bisa memastikan ion-ion atau logam secara kualitatif ataupun kuantitatif dari sampel. Dalam waktu yang singkat, ion-ion positif (kation) seperti : Na+, NH4+, K+, Mg2+, Ca2+, Ag+, Cu2+, Fe2+ dan sejumlah kation lainnya atau ion-ion negatif (anion) seperti : F-, PO43-, Cl-, NO2-, Br-, SO42-, CN-, I-, IO3-, dan sejumlah jenis anion lainnya dapat diketahui secara pasti kepekatan perjumlahnya. Bahkan lebih dari itu, berbagai jenis ion (anion atau kation) dalam sampel, dapat ditentukan secara serentak (simultaneous) dalam satu kromatogram (one chromatogram run). Pada umumnya, anion dan kation dapat diketahui dan dipisahkan dengan menggunakan teknik pemisahan. Atau dengan kata lain, untuk sekali injek sampel saja ke dalam sistem kromatografi ion, berbagai-bagai puncak kromatogram (chromatogram peaks) dari anion atau kation akan muncul. Inilah salah satu yang menjadikan teknik ini lebih populer, bukan saja sensitivitas dan selektivitasnya, tetapi juga waktu analisisnya yang relatif singkat dan juga hasilnya yang maksimal. Teknik kromatografi ion merupakan salah satu subset dari kromatografi, khususnya kromatografi cair (LC=liquid chromatography). Teknik ini dapat menentukan kepekatan spesies ion-ion (anion atau kation) dengan memisahkannya berdasarkan pada interaksinya dengan Resin yang ada dalam kolom pemisah dan mobile phase yang digunakan. Spesies ion-ion ini kemudian dapat dipisahkan (separated) dalam kolom tersebut berdasarkan pada jenis, ukuran dan afiniti elektronnya. Campuran anion dan kation dalam suatu sampel dapat diketahui dan jumlah ion-ion tersebut dapat ditentukan dalam waktu yang relatif singkat (relatively short time). Suatu ion dalam sampel dengan kepekatan yang sangat rendah, masih bisa diukur dengan teknik ini. Disebabkan itulah, teknik kromatografi ion menjadi pilihan bagi peneliti dalam mengetahui ion yang ada dalam sampel cair, karena teknik ini mempunyai kemampuan menentukan kepekatan ion atau logam pada level ppt (parts per trillion). Ia juga mudah digunakan serta tidak rumit dalam pengendalian peralatan ini. Pada umumnya, aplikasi teknik ini lebih menjurus kepada teknik mengetahui ion-ion non organik serta ion-ion organik di mana berat molekul relatif kecil, dan/atau ion-ion organik dengan berat molekul yang besar dapat diketahui dengan baik dengan didahului persiapan sampel yang baik.

Secara umum, teradapat dua jenis kromatografi pertukaran ion, yaitu:

1. Kromatografi pertukaran kation, bila molekul spesifik yang diinginkan bermuatan positif dan kolom kromatografi yang digunakan bermuatan negatif. Kolom yang digunakan biasanya berupa matriks dekstran yang mengandung gugus karboksil (-CH2-CH2-CH2SO3- dan -O-CH2COO-). Larutan penyangga (buffer) yang digunakan dalam sistem ini adalah asam sitrat, asam laktat, asam asetat, asam malonat, buffer MES dan fosfat.

2. Kromatografi pertukaran anion, bila molekul spesifik yang diinginkan bermuatan negatif dan kolom kromatografi yang digunakan bermuatan positif. Kolom yang digunakan biasanya berupa matriks dekstran yang mengandung gugus -N+(CH3)3, -N+(C2H5)2H, dan –N+(CH3)3. Larutan penyangga (buffer) yang digunakan dalam sistem ini adalah N-metil piperazin, bis-Tris, Tris, dan etanolamin (Anonim, 2013).

B.     Prinsip Kerja

Pertukaran ion yang terjadi di resin selama elusi dapat dilukiskan dengan persamaan reaksi biasa. Konstanta kesetimbangan (koefisien selektivitas) akan menjadi K yang sangat dipengaruhi oleh keadaan resin dan banyak faktor lain. Secara empiris ada beberapa hal yang perlu diperhitungkan dalam menentukan koefisien selektivitas, yaitu:

          1. Koefisien selektivitas akan mendekati harga1 jika derajat hubungan silang/cross link menurun

          2. Ion kecil dan terhidrasi menyebabkan afinitas resin semakin besar pula.

          3. Afinitas dari ion organik dengan massa molekul besar biasanya juga besar, mungkin karena bertambahnya gaya-gaya van der waals.

Karena pertukaran ion melibatkan reaksi kimia biasa maka pH akan berpengaruh pada pola pemisahannya.urutan ini dapat berubah jika pH diikutsertakan dalam sistem karena pH secara langsung akan mengubah afinitas terhadap fase gerak dan fase diam. Disosiasi dari asam dan basa lemah, hidrolisis garam serta ion-ion logam akan dikendalikan oleh pHdari suasana mediumnya. Dengan demikian, kita dapat mengatur kondisi pemisahan dengan mengubah-ubah pH dari sistem atau menggunakan larutan penyangga untuk mempertahankan pH.

Pada pemisahan logam menunjukan bahwa kerja pH mengubah keterpisahan dan juga bentuk kromatogram. Dengan demikian, untuk kerja pemisahan baik senyawa-senyawa anorganik maupun organik dapat dioptimasi dengan menggunakan parameter pH fase gerak.

C.     Dasar-Dasar Teknik Preparasi

1.      Pemilihan dan preparasi resin

Sifat-sifat yang perlu diperhatikan dalam membeli resin dalam perdagangan ialah ukuran partikel (mesh), tingkat ikatan silang, dan kualitasnya (analitycal grade; AG).

2.      Pembengkakan (swelling)

Bila penukar ion, misalnya resin yang tersulfonasi diberi air, gugus SO₃^- dan H⁺ seolah-olah terlarut dalam konsentrasi yang tinggi dalam matriks. Karenanya air bertendensi untuk mendifusi kedalam matriks.

3.      Kapasitas kolom

Kapasitas penukar ion akan mempengaruhi banyaknya sampel maksimum yang dapat dianalisis dan dipakai untuk mengetahui stabilitas resin.

4.      Cara deteksi

Untuk hal-hal khusus digunakan : adsorbsi sinar, indeks refraksi, pH, radioaktivitas dan pengukuran polarografik.

D.    Rangkaian Alat

rangkaian alat atau komponen dasar yang biasa dipakai dalam teknik kromatografi ion, yang terdiri atas:

1. Eluent, yang berfungsi sebagai fase gerak yang akan membawa sampel tersebut masuk ke dalam kolom pemisah.

2. Pompa, yang berfungsi untuk mendorong eluent dan sampel tersebut masuk ke dalam kolom. Kecepatan alir ini dapat dikontrol dan perbedaan kecepatan bisa mengakibatkan perbedaan hasil

3. Injektor, tempat memasukkan sampel dan kemudian sampel dapat didistribusikan masuk ke dalam kolom.

4. Kolom pemisah ion, berfungsi untuk memisahkan ion-ion yang ada dalam sampel. Keterpaduan antara kolom dan eluent bisa memberikan hasil/puncak yang maksimal, begitu pun sebaliknya, jika tidak ada kesesuaian, maka tidak akan memunculkan puncak.

5. Detektor, yang berfungsi membaca ion yang lewat ke dalam detektor.

6. Rekorder data, berfungsi untuk merekam dan mengolah data yang masuk.

E.     Teknik Pengoprasian Alat

Pemilihan resin didasarkan pada kegunaannya. Ada beberapa jenis resin termasuk kapasitas resin dan juga porositas resin serta jenis aplikasi yang diharapkan. Resin  yang sudah dibuat seimbang dengan pelarut diisikan ke kolom dan elusi dilakukan. Deteksi pemisahan sering kali agak susah dilakukan karena eluat akan dipenuhi ion yang ditukarkan. Cara yang ditempuh adalah dengan pembacaan secara kontinu dengan serapan ultraviolet, perubahan indeks refraksi, pH, dan sifat-sifat polarografi. Beberapa cara konvensional masih sering dilakukan dengan beberapa cara, namun cara yang umum adalah dengan menampung fraksi-fraksi yang diperkirakan memberi informasi mengenai solut yang dipisahkan, lalu dilakukan analisis tersendiri.

Tahapan Elusi

Aplikasi umum

Adapun aplikasi dari kromatografi pertukaran ion biasanya berupa pemisahan ion-ion renik dalam sampel, misalnya untuk tujuan pemurnian air minum. Kerena resin fese diam mempunyai kapasitas maka pemisahan tidak dapat dilakukan terus-menerus dalam waktu lama karena permukaan dan situs penukar ion akan habis. Industri larutan standar atau obat-obatan sering memanfaatkan prinsip kromatografi penukaran ion.

Dalam bidang penelitian kimia dan biokimia, kromatografi pertukaran ion sering dilakukan untuk pemisahan asam amino atau enzim-enzim. Tujuan pemurnian juga sering menggunakan metode ini. Pemisahan logam-logam juga menggunakan metode kromatografi pertukaran ion. Namun, logam-logam yang dipisahkanharus terbatas jumlahnya dan tidak terlalu besar.

F.      Analisa Kromatogram

Secara kuantitatif, afinitas resin penukar ion terhadap ion-ion yang ditukar dinyatakan dengan besaran angka banding distribusi (D) sebagai berikut :

D = kuantitas sampel dalam resin pada pelat tertentu

       kuantitas sampel dalam laruta pada pelat yang sama

      

Dalam praktek keseharian D didefinisikan sebagai :

D = jumlah ion yang terikat pada resin kering/gram resin kering

jumlah ion tertinggal dalam larutan/ml larutan