Kromatografi Penukar Ion

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.

Bila matriks padat trsebut mempunyai gugus fungsional yang bermuatan negatif seperti gugus sulfonat (-SO₃^-), maka akan dapat berfungsi sebagai penukar kation. Sebaliknya, bila bermuatan positif, misalnya mempunyai gugus amin kuaterner (-N(CH)₃⁺), maka akan dapat berfungsi sebagai penukar anion. Kromatografi ini sangat bermanfaat untuk memisahkan molekul – molekul bermuatan terutama ion – ion baik anion maupun kation. Metode ini pertama kali dikembangkan oleh seorang ilmuwan bernama Thompson pada tahun 1850. Secara umum, teradapat dua jenis kromatografi pertukaran ion, yaitu:

• 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.
• 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.

Metode ini banyak digunakan dalam memisahkan molekul protein (terutama enzim). Molekul lain yang umumnya dapat dimurnikan dengan menggunakan kromatografi pertukaran ion ini antara lain senyawa alkohol, alkaloid, asam amino, dan nikotin.

Kromatografi penukar ion dilakukan dengan fasa diam yang mempunyai gugus fungsi bermuatan. Kebanyakan mekanisme penukaran ion sederhana:

(a) X^- + R⁺Y^-Y^- + R⁺X^- (penukar anion)

Dimana X adalah ion cuplikan

Y adalah ion fasa gerak

R adalah bagian Inc. Pada resina

Pada kromatografi penukar anion ion cuplikan X^- bersaing dengan ion fasa gerak Y^-, terhadap bagian ionik pada penukar ion R. Pemisahan ion sederhana berdasarkan pada perbedaan kekuatan interaksi ion terlarut dengan resina. Jika senyawa terlarut berinteraksi lemah dengan adanya ion fasa gerak, ion terlarut keluar awal pada kromatogram, sedangkan senyawa terlarut yang berinteraksi kuat dengan resina, berarti lebih kuat terikat dan keluar belakangan.

B. Fase Diam dan Fase Gerak

a. Fase Diam

Ada banyak macam penukar ion, tetapi penukar ion polisterina berikatan silang paling luas penggunaannya.Gambar 65. b menggambarkan struktur resina penukar anion dengan matriks poliestirena berikatan silang yang sama, tetapi dengan gugus tetraalkilamonium. Resina poliestirena kerng cenderng mengembang jika dimasukkan dalam pelarut. Air menetrasi ke dalam resina dan hidrasi, membentuk larutan sangat pekat dalam resina. Tekanan osmosa cenderung menekan air lebih banyak ke dalam resina dan padatan itu mengembang, jadi volumenya bertambah. Jumlah air yang diambil resina tergantung pada ion penukar dari resina dan menurun dengan bertambahnya jumlah ikatan silang. Resina penukaran ion juga mengembang dalam pelarut organik, tetapi pengembangannya lebih kecil daripada dalam air.

b. Fase Gerak

Kebanyakan pemisahan kromatografi penukar ion dilakukan dalam media air sebab sifat ionisasi dari air. Dalam beberapa hal, digunakan pelarut campuran seperti air, alkohol dan juga pelarut organik. Kromatografi penukar ion dengan fase gerak media air, reteni puncak dipengaruhi oleh kadar garam total atau kekuatan ionik dan oleh pH fasa gerak. Kenaikkan kadar garam dalam fasa gerak menurunkan retensi senyawa cuplikan. Hal ini disebabkan oleh penurunan kemampuan ion cuplikan bersaing dengan ion fasa gerak untuk gugus penukar ion pada resina.

Macam ion dalam fase gerak dapat berpengaruh nyata pada retensi molekul cuplikan, sebagai akibat dari perbedaan kemampuan ion fasa gerak berinteraksi dengan resina penukar ion. Urutan retensi dari berbagai aniom untuk resina penukar anion poliestirena berikatan silang konvensional adalah sebagai berikut;

Sitrat > sulfat > oksalat > yodida > nitrat > kromat >bromida >sianida > klorida > format > asetat > hidroksida > fluorida.

Untuk retensi ini bervariasi jika resina yang digunakan berbeda, tetapi urutan di atas merupakan petunjuk kualitatif dari kemampuan berbagai anion untuk berinteraksi dengan penukar anion kuat. Dalam urutan ini, sitrat terikat sangat kuat dengan resina sedangkan ion fluorida terikat paling rendah. Molekul cuplikan biasanya lebih cepat terelusi dengan ion sitrat daripada dengan fluorida.

Pemisahan senyawa-senyawa organik seperti asam-asam amino pun telah dapat dicapai dengan metode penukar ion. Metode ini juga digunakan dalam berbagai operasi seperti pelunakan air, menaikkan kadar logam, pemisahan logam. Pada awalnya penukar ion adalah silikat-silikat, tanah diatonema, aluminosilikat sintetis seperti zeolit. Penemuan ini adalah suatu kebetulan.

C. Sintesis dan karakteristik penukar ion

Untuk memperoleh penukar anion, kopolimer styren dan divinil benzena diaminasi kemudian diklorometilasikan untuk memperoleh produk seperti terlihat dalam gambar 10.3.

Berdasarkan pada keberadaan gugusan labilnya; resin penukar ion dapat secara luas diklasifikasikan dalam empat golongan, yakni :

a. resin penukar kation bersifat asam kuat (mengandung gugusan HSO₃).

b. Resin penukar kation bersifat asam lemah (mengandung gugusan –COOH).

c. Resin penukar anion bersifat basa kuat (mengandung gugusan amina tersier atau kuartener).

d. Resin penukar anion bersifat basa lemah (mengandung OH sebagai gugusan labil).

D. Pemakaian penukar ion untuk pemisahan

Pemisahan logam-logam secara penukar anion dilakukan pada berbagai media asam tergantung dari kapasitas logam-logam yang membentuk kompleks anion. Media klorida, nitrat, sulfat, flourida, fosfat dan karbonat digunakan untuk pembentukan kompleks anion dan menghasilkan pemisahan.

Kromatografi pertukaran ion juga merupakan cara analisis dengan teknik pemisahan. Pertukaran ion adalah proses substitusi atau penggantian satu jenis senyawa ionik dengan yang lain yang terjadi pada permukaan fase stasioner.

E. Matriks penukar ion

Untuk mempercepat proses difusi dalam partikel telah dibuat juga bentuk pellicular (c) dan superficially porous (d) dengan penyangga glass bead.

F. Perhatian dalam preparasi kolom

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.

G. Penggunaan kromatografi penukar ion

1. Untuk menghilangkan ion

Untuk menghilangkan ion-ion keseluruhannya, air tersebut dapat dialirkan melalui penukar kation, kemudian dialirkan melalui penukar anion, yang akan menghilangkan semua anion dan diganti dengan ion hidroksida. Bila kedua resin tersebut (kation dan anion) dijadikan satu, penghilangan kedua jenis ion tersebut sekaligus dapat dikerjakan.

2. Mengkonsentrasikan komponen berkadar kecil

Ion-ion yang jumlahnya kecil (trace element) dapat dikonsentrasikan dengan penukar ion. Setelah ion solut terikat dalam kolom, kemudian dielusi dengan jumlah eluen yang kecil.

3. Pemisahan asam-asam amino

Pada suatu pH, Asam-asam amino dapat dipisahkan menjadi tiga golongan berdasarkan titik isoelektrisnya. Dengan demikian campuran asam-asam amino dapat dipisahkan dalam suatu aliran fase mobil dengan secara gradual dengan merubah pH untuk elusi (gradient elution). Perubahan pH sering dikombinasikan dengan perubahan suhu.

DAFTAR PUSTAKA

http://id.wikipedia.org/wiki/Kromatografi

http://id.wikipedia.org/wiki/Kromatografi_pertukaran_ion

http://tekimku.blogspot.com/2011/08/kromatografi.html

http://www.google.co.id/imgres?q=kromatografi+penukar+ion&um=1&hl=id&biw=1024&bih=417&tbm=isch&tbnid=jeoexnrjDXzlsM:&imgrefurl=http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/instrumen_analisis/kromatografi1/kromatografi-cair-liquid-chromatography/&docid=dpmn-1Mqu7A4-M&w=512&h=637&ei=ojKLToe4C6SfiAe03amKBA&zoom=1