Kromatografi Penukar Ion

A. Tujuan •

Dpat menentukan banyaknya ion kalsium ( II ) yang diikat oleh resin penukar ion.

•

Unntuk mengetahui mekanisme pertukaran ion pada proses kromatografi.

B. Dasar Teori Kromatografi digunakan untuk memisahkan campuran dari substansinya menjadi komponen-komponennya. Seluruh bentuk kromatografi bekerja berdasarkan prinsip yang sama. Seluruh bentuk kromatografi memiliki fase diam (berupa padatan atau cairan yang didukung pada padatan) dan fase gerak (cairan atau gas). Fase gerak mengalir melalui fase diam dan membawa komponen-komponen dari campuran bersama-sama. Komponen-komponen yang berbeda akan bergerak pada laju yang berbeda pula. Kromatografi ion, yang merupakan salah satu bagian dari bidang ilmu kromatografi adalah sebuah teknik analisis yang sekarang ini menjadi sangat populer dan "terbaru" serta telah digunakan di banyak bidang pengetahuan sebagai teknik dasar untuk memisahkan dan menentukan anion dan/atau kation. Penggunaan dari teknik ini banyak diaplikasikan dalam menganalisis di sejumlah jenis sampel air alam sebagai bentuk monitoring terhadap kondisi lingkungan sekitar. Lebih dari 3 dekade lamanya, tepatnya 1975, penggunaan metode analisis kromatografi ion berkembang pesat sejak kali pertama diperkenalkan oleh Hamish Small dan timnya. Small bersama timnya berhasil mendeteksi dan memisahkan sejumlah kation seperti kation logam alkali (alkali metal) seperti : Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+) kemudian mengaplikasinnya dalam sampel air kencing manusia (human urine), serum darah anjing (dog's blood serum) serta beberapa sampel minuman jus (orange and grape juices). Mereka menggunakan kolom pemisah sebagai fase diam (stationary phase) yang di dalamnya diisi resin (resin-H+ dan resin-OH-). Sementara untuk eluent sebagai fase gerak (mobile phase) digunakan HCl. Beberapa resin lain juga dicobakannya antara lain resin-Ag+, resin-Cu2+, resin-Cldan sejumlah resin lainnya. Hasil penemuannya ini kemudian dipublikasikannya di salah satu jurnal bergensi untuk bidang kimia analitik, Anal. Chem. 47 (1975) 1801,

pada September 1975. Terpublikasinya hasil penelitian mereka ini di jurnal tingkat Internasional menandai dimulainya era baru teknik kromatografi ion[1]. Resin

penukar

ion

dapat

didefinisi

sebagai

senyawa

hidrokarbon

terpolimerisasi, yang mengandung ikatan hubung silang (crosslinking) serta gugusangugusan fungsional yang mempunyai ion-ion yang dapat dipertukarkan. Sebagai zat penukar ion, resin mempunyai karakteristik yang berguna dalam analisis kimia, antara lain kemampuan menggelembung (swelling), kapasitas penukaran dan selektivitas penukaran. Penggunaannya dalam analisis kimia misalnya untuk menghilangkan ionion pengganggu, memperbesar konsentrasi jumlah ion-ion renik, proses deionisasi air atau demineralisasi air, memisahkan ion-ion logam dalam campuran dengan kromatografi penukar ion Resin pemisah ion yang biasa dipakai pada kromatografi modern sudah mempunyai ukuran yang lebih kecil, akan tetapi kelebihannya memiliki kapasitas yang rendah di banding pada model kromatografi sebelumnya. Paking material kolom yang baik, dianggap bisa memberikan bentuk puncak yang baik atau tidak broading peak dan tailing peak. Bentuk puncak yang baik bisa seperti lancip berdiri tegak. Dengan sejumlah alasan di atas, pemisahan anion dan kation sekarang ini bisa berjalan sukses walau masih menyisakan sedikit perbedaan dalam waktu retensi dari ion sampel. Hal-hal yang diperlukan dari sebuah teknik/metode pemisahan dalam kromatografi ion modern dapat disebutkan sebagai berikut: : 1. Efisiensi kolom pemisah anion dan kation memungkinkan dengan mengamati N = Theoretical Plates nya. 2. Sebuah eluen yang digunakan bisa memberikan waktu retensi yang berbeda dari ion pada setiap kali injeksi sampel. 3. Interaksi antara eluent dan resin karena adanya kesetimbangan yang cepat dalam kolom yang bisa mengakibatkan peak broadening dapat dieliminasi atau diminimalisasi. 4. Bisa terjadi waktu retensi yang terlalu panjang atau pendek akibat dari kondisi eluen yang dipakai. 5. Resin dan eluent yang dipakai harus sesuai dengan detektor yang digunakan.

Banyaknya aplikasi kromatografi ion modern di banyak bidang keilmuan menjadikan teknik ini lebih favorit digunakan dibanding dengan teknik deteksi ion lainnya. Beberapa kelebihan yang dimiliki kromatografi ion sehingga menjadikan "the best choice" dalam dunia penentuan/pemisahan ion/logam, di antaranya : a) Kecepatan (speed): Kecepatan dalam analisis suatu sampel menjadi aspek yang sangat penting dalam hal analisis ion. Salah satu yang menyebabkannya adalah masalah ｡ ｦ klasik ｡ ｦ yaitu untuk mengurangi biaya dan bisa menghasilkan data-data analisis yang akurat dan cepat. Namun lebih daripada itu, sebenarnya yang lebih penting adalah memberikan andil dengan maksimal dalam perhatian kepada kondisi lingkungan (environmental efforts) yang dari hari ke hari jumlah sampel yang mau dianalisis (untuk diketahui kandungan apa saja di dalamnya) semakin bertambah. Itulah sebabnya, teknik ini terus dikembangkan orang untuk mendapatkan teknik pemisahan/pendeteksian yang lebih praktis dengan biaya yang relatif murah. Sebagai tambahan pula bahwa limbah (waste) yang dihasilkan dari penggunaan eluen dapat dikurangi b) Sensitivitas (sensitivity): Dengan berkembangnnya teknologi mikroprosessor, mulailah orang mengkombinasikannya dengan efisiensi kolom pemisah, mulai skala konvensional (ukuran diameter dalam milimeter) sampai skala mikro yang biasa juga disebut microcolumn. Sehingga walaupun hanya dengan jumlah sampel yang sangat sedikit, semisal 10 ｦ｡｡ｦ yang diinjetkan ke dalam sistem kromatografi, ion-ion yang ada dalam sampel tersebut dapat terdeteksi dengan baik. c) Selektivitas (selectivity): Dengan sistem ini, bisa dilakukan pemisahan berdasarkan keinginan, misalnya kation/anion organik saja atau kation/anion anorganik yang ingin dipisahkan. Itu dapat dilakukan dengan memilih kolom pemisah yang tepat. Ataupun hanya ion tertentu yang ingin diukur walaupun banyak ion lain yang ada dalam sampel. d) Pendeteksian yang serempak (simultaneous detection): Secara umum, anion dan kation dipisahkan/dideteksi terpisah dengan menggunakan sistem analisis yang terpisah (different systems) pula. Padahal sangat penting dilakukan pendeteksian secara serempak (simultaneous) antara anion dan kation dalam dalam sekali injek untuk sebuah sampel. Tentunya, pendekatan yang terakhir ini punya sejumlah kelebihan dibanding pemisahan terpisah. Sebagaimana telah diulas di atas, beberapa kelebihan di antaranya dapat menekan biaya operasional,

memperkecil

jumlah

limbah

saat

analisis

berlangsung,

memperpendek

waktu

analisis

(short

time

analysis)

serta

dapat

memaksimalkan hasil yang diinginkan. e) Kestabilan pada kolom pemisah (stability of the separator column): Walaupun sebenarnya, ketahanan kolom ini berdasarkan pada paking (packing) material yang diisikan ke dalam kolom pemisah. Namun kebanyakan, kolom pemisah bisa bertahan pada perubahan yang terjadi pada sampel, misalnya konsentrasi suatu ion terlalu tinggi, tidak akan mempengaruhi kestabilan material penyusun kolom. Namun, diakui bahwa ada juga kolom pemisah yang mempunyai waktu penggunaan yang tidak terlalu lama, dikarenakan paking kolom yang kurang baik atau karena faktor internal lainnya. C. Alat Yang Digunakan •

Kolom kromatogrfi

1 buah

•

Batang pengaduk

1 buah

•

Elemayer 100 ml

1 buah

•

Gelas ukur 25 ml

1 buah

•

Buret

1 buah

•

Corong

2 buah

D. Bahan Yang Digunakan •

Resin penukar kation Ca

•

Hcl 0,1 M

•

Akuades

•

CaCl2 0,2 M

•

( NH4)2C2O4 0,1 M

E. Cara Kerja

F. Hasil Pengamatan

N O 1

PERLAKUAN

PENGAMATAN

Penyucian resin penukar kation •

20 ml HCl dimasukan dalam kolom yang HCl dikeluarkan dan telah diisi dengan resin dan didiamkan ditampung dalam gelas kimia. Volum HCl 17 ml. selam 15 menit.

•

HCl pencuci + amonium oksalat 0,1 M

Tidak terbentuk endapan.

•

10 ml aquades dimasukan dalam kolom

Aaquades dikeluarkan, volumnya 10 ml.

2

Pengikatan kation kalsium •

10 ml CaCl2 0,2 M dimasukan dalam Larutan keruh, terbentuk kolom dan dikeluarkan kemudian sadik endapan putih. ditampung dalam gelas ukur kimia, setelah

10

ml

tetesan

terakhir

ditambahkan amonium oksalat. 3

Pengukuran banyaknya Ca yang terikat di resin. •

Larutan

CaCl2

yang

ditampung

dititrasi dengan amonium oksalat.

G. Perhitungan dan Reaksi a. Banyaknya Ion Ca2+ mula-mula Mg CaCl2 = M × V × Bm CaCl2 = 0,2 × 10 × 111 = 222 mg Mg Ca2+ mula-mula = Ar Ca2+Mr CaCl2 ×Mg CaCl2 = 40111 ×222=80 mg b. Banyaknya ion Ca2+ yang tidak diikat resin V ( NH4 )2C2O4 = 3,2 ml Mg Ca2+ =at × V ×M ×BM Ca = 11×3,5 ×0,1 ×40 =14 mg

Terbentuk endapan pada volum ( NH4)2CaO4 3,5 ml.

c. Banyaknya ion Ca2+ yang diikat resin Mg Car = Mg Ca mula-mula ─ Mg Ca tr = 80 mg ─ 14 mg = 66 mg d. Koeisien distribusi penukar ion ( Kd ) Kd = banyaknya Ca dalam resinberat resin : banyaknya Ca dalam larutanvolum larutan = 0, 066 gr5 : 0,014 gr10 =0,0132 :0,0014 = 10.009 e. Reaksi CaCl + ( NH4)2CaO4

CaC2O4 + 2NH4Cl

H. Pembahasan Pada praktikum kali ini kami melakukan praktikum kromatografi ion, sebelum melakukan praktikum kemi menyiapkan resin yang kemudian dimasukan dalam kolom, resin tersebut ditambahkan HCl, HCl ini berfungsi menyuci resin yang akan kami gunakan. HCl akan melarutkan ion yang terkandung didalam resin. Dari hal ini dapat diketahui bahwa resin yang telah digunakan dapat dipakai lagi. Resin ini merupakan senyawa hidrokarbon terpolimerisasi, yang mengandung ikatan hubung silang (crosslinking) serta gugusan-gugusan fungsional yang mempunyai ion-ion tertentu, ion-ion ini lah yang nantinya akan bertukar dengan ion Ca2+. Disini akan terjadi gaya elektrostatik di mana ion yang terdapat pada resin ditukar oleh ion logam yang akan diuji yaitu Ca2+ . Setelah dicuci dengan HCl, larutan sisa akan ditambahkan Natrium Oksalat, hal ini bertujuan untuk mengetahui masih ada atau tidak ion Ca2+. Ion Ca2+ akan membentuk endapan putih jika direaksikan dengan natrium oksalat. Setelah dimasukan larutan CaCl2 akan terjadi proses penyerapan ion oleh poripori resin. Ion Ca2+ akan terikat di pori-pori atau permukaan resin, ion Ca2+ dapat terikat karena adanya gaya elektrostatis, kation dari CaCl2 akan tertarik oleh pori-pori ataupun permukaan resin.

Setelah dilakukan pencucian dengan HCl, didalam kolom ditambahkan aquades, dengan tujuan agar semua HCl didalam kolom keluar semua. Ion kalsium dapat diketahui dengan menambahkan amonium oksalat. Setelah dilakukan titrasi didapat kadar kalsium yang tertinggal dalm CaCl2 adalah 0,014 gr. Berarti resin mengikat ion Ca+ sebesar 0,066 gr. I. Kesimpulan •

HCl dituangjan kedalam resin berfungsi sebagai pencuci resin

•

Banyaknya ion kalsium yang terikan dalam resin 0,066 gr

•

Banyaknya ion kalsium yang tidak giikat resin itu 0,014 gr

•

Koefisien distribusi kolom penukar ion itu 10,09

J. Daftar Pustaka Achmad, hiskia. 1993. Penentuan dasar-dasr praktikum kimia. Bandung : FMIPA ITB Day dan underwood. 1998. Analisis kimi kuantitatif adisi keenam. Jakarta : Erlangga http://www.malang.ac.id/jurnal/fmipa/kim/1996a.htm Masriani. 2008. Diktat Penuntun Praktikum Dasar-Dasar Pemisahan. Pontianak : FKIP UNTAN Sudjadi, 1986. Metode pemisahan . yogyakarta : kanisius

K. Lampiran 1. Dik :

M CaCl2

: 0,2 M

V CaCl2

: 10 ml

Mr CaCl2

: 111

ArCa

: 40

Dit mol Ca2+ mula-mula Dijawab : Mg CaCl2 = M × V × Bm CaCl2 = 0,2 × 10 × 111

= 222 mg Mg Ca mula-mula = Ar Ca2+Mr CaCl2 ×Mg CaCl2 = 40111 ×222=80 mg Mol Ca2+ = gram CaAr Ca = 00,840 =0,002 mol 2. Ca2+ + C2O42-

CaC2O4

Mg Ca yang tidak diikat resin ( titrasi ) Mg Ca2+ =at × V ×M ×BM Ca = 11×3,5 ×0,1 ×40 =14 mg Mg Ca yang diikat resin Mg Car = Mg Ca mula-mula ─ Mg Ca tr = 80 mg ─ 14 mg = 66 mg Mol Ca yang diikat resin = gram Ca resinAr Ca = 0,06640 =0,00165 mol 3. Dik Ksp CaC2O4 = 2,6 × 10-9 Dit Mol CaC2O4 = ? CaCl + ( NH4)2CaO4 CaC2O4 Ksp CaC2O4 = [ Ca2+ ] [C2O42-] 2,6 × 10-9 = S2 S2 = 2,6 × 10-9 S2 = 2,6 × 10-9 = 0,51 x 10–4

[ Ca2+ ] = 0,51 x 10–4

CaC2O4 + 2NH4Cl Ca2+ + C2O42-