A. Judul: Resin Penukar Anion
B. Tujuan: Menentukan konsentrasi ion OH- dan Na+ dalam campuran sampel C. Dasar Teori:
Kromatografi pertukaran ion merupakan suatu proses yang melibatkan pertukaran ion-ion antara ion-ion yang berada dalam larutan dan ion-ion yang berada dalam fasa diam, yang bertindak sebagai penukar ion antara lain baik yang alamiah (tanah liat zeolit) maupun yang sintesis. Kegunaan dari kromatografi penukar ion yaitu:
1. Untuk pemisahan asam-asam amino
2. Untuk pemisahan ion-ion anorganik dalam fasa diam (kation/anion)
Fasa diam dalam kromatografi penukar ion berupa manik-manik yang terbuat dari polimer polistirena yang terhubung silang dengan senyawa divinil benzena. Jadi resin adalah polimer dengan rantai terhubung silang yang mempunyai gugus fenil bebas yang mudah mengalami reaksi adisi oleh gugus fungsi ionik (misalnya gugus sulfonat).
Contoh reaksinya adalah sebagai berikut:
C CH2 + C CH2 CH CH2 CH CH2 HC H2 C CH CH2 C H2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 C CH2 CH CH2 CH CH2 C H2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 -SO3 -H+ -SO3-H+ -SO3 -H+ -SO3 -H+ Stirena Divinil Benzena
Matriks
H2SO4 berasap (sulfonasi)
Resin Penukar Kation Polistirena-DVD/SO3-H+
Resin penukar ion merupakan suatu proses yang melibatkan pertukaran ion-ion antara ion-ion yang berada dalam larutan dan ion-ion yang berada dalam fasa diam. Kromatografi pertukaran ion ini digunakan untuk menghilangkan ion-ion tertentu dalam campuran analit dan menggantikannya dengan ion-ion lain. Resin penukar ion dibedakan menjadi dua (2) macam:
1. Resin Penukar Kation
Resin penukar kation dapat berupa asam kuat atau asam lemah. a. Resin penukar kation asam kuat
Adalah resin yang mengandung gugus asam sulfonat (RSO3-H+). Memiliki penggunaan yang luas karena dapat digunakan pada pH 1 sampai dengan 14. Umumnya digunakan untuk campuran-campuran kompleks.
b. Resin penukar kation asam lemah
Adalah resin yang mengandung gugus asam karboksilat (RCOO-H+). Hanya dapat digunakan pada pH 5 sampai dengan 14, karena pada pH rendah penukar kation asam lemah akan terikat kuat pada proton sehingga mempersulit terjadinya perukaran. Umumnya digunakan untuk memisahkan basa kuat atau senyawa-senyawa protein atau peptida.
Reaksi pertukarannya adalah :
nRzSO3—H+ + Mn+ ↔ (RzSO3)nM + nH+ ... (asam kuat) nRzCO2—H+ + Mn+ ↔ (RzCO2)nM + nH+ ... (asam lemah) Rz merupakan simbol dari resin.
2. Resin Penukar Anion
Resin penukar anion dapat berupa basa kuat dan basa lemah. a. Resin penukar anion basa kuat
Adalah resin yang memiliki gugus ammonium kuartener NR3+. Dapat digunakan pada rentang pH 0 sampai dengan 12.
Adalah resin yang memiliki gugus NH3+. Hanya dapat digunakan pada rentang pH 0 sampai dengan 9, umumnya digunakan untuk memisahkan asam kuat.
Reaksi pertukarannya adalah :
nRzNR2+OH- + An- ↔ (RzNR3)nA + nOH- ... (basa kuat) nRzNH2+OH- + An- ↔ (RzNH3)nA + nOH- ... (basa kuat) Rz merupakan gugus organik, biasanya metil.
3. Derajat Hubung Silang dan Sifat Mengembang (Swelling)
Derajat hubung silang menggambarkan perbandingan antara senyawa divinil benzena dan senyawa stirena dalam suatu matriks resin. Jika persen hubung silang kecil, kemampuan butir-butir resin untuk mengembang dalam keadaan basah dan mengerut dalam keadaan kering sangat besar. Jika persentasenya sekitar 8%, volume resin cenderung stabil.
Tabel 1: Faktor-faktor penentu sifat resin
Faktor Penentu Sifat Resin yang ditentukan
Ukuran partikel - kecepatan penukaran
- permeabilitas kemasan kolom
Derajat hubung silang - porositas
- kemampuan mengembang dan mengerut
Sifat gugus fungsi Macam ion yang dapat ditukar Kekuatan gugus fungsi Koefisien distribusi
4. Keselektifan Reaksi Penukar Ion
Proses penukaran ion di dalam suatu resin adalah proses yang reversibel, yang akhirnya dapat tercapai keadaan kesetimbangan. Reaksi secara umum bisa dituliskan sebagai berikut :
Resin penukar kation : R2-SO3- H+ + Na+ Rz-SO3-Na+ + H+
Resin penukar anion : 2Rz-Ch2N+(CH3)3Cl- + SO42- {Rz-CH2N+(CH3)3}2SO4 2-Beberapa faktor yang menentukan keselektifan distribusi ion antara resin penukar ion dan suatu larutan adalah sifat dari ion yang saling ditukarkan, dan sifat dari resin penukar ion yang dipakai.
Sifat dari Ion-ion yang Saling Ditukarkan
1. Pada konsentrasi larutan yang rendah dan pada suhu kamar, maka ion yang semakin besar muatannya akan ditahan kuat oleh resin, misalnya: Th4+>Al3+>Ca2+>Na+.
2. Pada kondisi yang sama, dan untuk ion-ion yang bervalensi sama maka:
a. Untuk ion-ion yang bervalensi satu, penyerapan oleh resin akan semakin kuat apabila ukuran ion yamg terhidratasi semakin kecil. Misalnya : Li+< H+<Na+<NH4+<K+<Rb+<Cs+.
b. Untuk ion yang sama-sama bervalensi dua, maka ukuran ion juga menentukan di samping ketidaksempurnaan disosiasi garam ion-ion tersebut juga ikut menentukan apakah ion tersebut terserap dengan kuat oleh resin. Misalnya : Cd2+<Be2+<Mn2+<Mg2+=Zn2+<Cu2+= Ni2+<Co2+<Ca2+<Si2+Pb2+Ba2+
c. Pada resin penukar ion yang bersifat basa kuat, anion yang bervalensi satu akan mempunyai urutan selektivitas penyerapan yang sesuai dengan urutan untuk kation-kation bervalensi satu. Artinya senakin kecil ukuran jari-jari anion yang terhidrasi maka semakin kuat anion tersebut akan diserap oleh resin penukar anion. Urutan bertambah kuatnya penyerapan yang sesuai dengan urutan bertambah kecilnya ukuran ion yang terhidrasi, bisa dituliskan sebagai berikut : F -<ON-<HCO3-<Cl-<HSO3-<OH-<Br-<NO3-<I
-Dalam larutan yang encer, anion yang bervalensi lebih dari satu akan diserap lebih kuat dari anion yang bervalensi satu.
d. Bila suatu kation dalam larutan ditukar dengan ion lain yang terikat pada resin dan valensinya tidak sama, maka afinitas ion yang valensinya lebih tinggi terhadap resin akan semakin besar biola konsentrasi ion yang valensinya lebih tinggi itu semakin kecil.
Sifat dari Resin Penukar Ion yang Dipakai
Sifat dari resin penukar ion yang digunakan ikut menentukan keselektifam penukaran terhadap berbagai ion. Kuat tidaknya suatu ion diserap pada resin penukar ion tergantung dari sifat gugus fungsional yang terdfapat pada resin. Hal lain yang ikut menentukan kekuatan diserapnya suatu ion pada resin penukar ion adalah persen hubung silang resin yang digunakan.
5. Kesetimbangan Reaksi Penukaran Ion
Secara sederhan reaksi kesetimbangan penukaran ion bisa dituliskan : Rz-H + Na+ RzNa + H+
Rz-Cl + OH- RzOH + Cl
-Ada dua cara untuk melaksanakan penukaran ion, yaitu cara “unggun” dan cara penukaran dalam kolom. Cara pertama jarang digunakan, oleh karena itu pembicaraan difokuskan pada cara yang kedua yaitu penukaran di dalam kolom.
Secara kuantitatif afinitas resin penukar ion terhadap ion-ion yang ditukar dinyatakan dengan besaran angka banding distribusi (D) sebagai berikut :
Dalam praktek sehari-hari sering didefinisikan sebagai: sama yang pelat pada laru dalam sampel kuantitas tertentu pelat pada re dalam sampel Kuantitas D tan sin tan tan/ ker sin sin/ laru mL laru dalam tertinggal ion Jumlah ing re gram re pada terikat yang ion Junlah D
Dalam kromatografi penukar ion, persamaan fundamental yang umum digunakan adalah :
VR = VM + K.Vs
VR = Volum retensi komponen X VM = Volum fasa gerak di dlam kolom
K = Koefisien distribusi komponen X antara fas gerak dan fasa diam Vs = Volum fasa diam di dalam kolom
Bila tR adalah waktu retensi, dan F adalah laju alir fasa gerak dalam kolom, maka:
VR = tR x F
Selain itu VR dapat pula dinyatakan dalam bentuk lain: VR = VM (1 + k’)
dimana k’ adalah faktor kapasitas.
6. Pengaruh Variabel Percobaan Terhadap Pemisahan a. Pengaruh pH
Terjadi pada pemisahan asam amino.
b. Pengaruh variable pereaksi pengompleks
Pada pemisahan ion-ion logam pada kolom penukar anion 7. Beberapa Penggunaan Kromatografi Penukar Ion
Kromatografi penukar ion dapat digunakan antara lain untuk pemurnian, pemekatan dan pemisahan analitik.
a. Pemurnian
Salah satu pemakaian terpenting penggunaan kromatografi penukar ion adalah untuk membebaskan ion-ion yang berasal dari garam-garam yang terdapat dalam air (air bebas ion = deionized water = pemurnian air).
b. Pemekatan
Bahan-bahan ionik yang berada dalam konsentrasi sangat rendah sering kali dapat dipekatkan dalam kolom penukar ion dan kemudian mengelusinya pengelusi yang cocok.
c. Pemisahan Analitik
Penggunaan terpenting kromatrografi penukar ion adalh untuk pemisahan analitik. Disamping untuk pemisahan asam-asam amino dan ion-ion logam, kromatografi penukar ion juga digunakan untuk memisahkan anion-anion dan ion-ion logam alkali dan alkali tanah.
Analisis kuantitatif penukaran ion dari ion-ion pada tingkat konsentrasi ppm, dapat dilakukan menggunakan tekhnik otomatis kromatrogafi ion yaitu KCKT (Kromatografi Cair Kinerja Tinggi).
D. Alat dan Bahan E. Alur Kerja
Regenerasi dan Pencucian kolom Resin
Kolom Resin
- dijungkir balikkan hingga tidak ada gelembung udara - dimasukkan 25 ml NaOH 1 M
- dibilas dengan air suling 5 x @25 mL,sampai tetesan terakhir tidak bersifat basa lagi(periksa dengan kertas lakmus merah)
dimasukkan air hingga air ½ - 1 cm diatas resin
Menentukan OH- awal
Menentukan OH- total
Larutan Sampel
Larutan yang sudah diencerkan
Menentukan volume HCl yang digunakan
- diencerkan 10 kali di dalam labu ukur - larutan sampel dipipet 10 mL
- ditambahkan 50 mL air dan 3 tetes indikator metil jingga
- dititrasi dengan HCl 0,1 M
Larutan yang sudah diencerkan di dalam erlenmeyer
Menentukan volume NaOH yang digunakan
- ditambahkan indicator metal jingga - dititrasi dengan larutan NaOH ± 0,1 M
-- dipipet 10 mL dan dimasukkan ke dalam kolom resin dan kran kolom resin dibuka lalu hasil keluarannya ditampung dalam erlenmeyer - dituangkan 10 x 25 mL air dan hasil keluarannya
ditampung dalam erlenmeyer Larutan sampel yang sudah diencerkan
F. Analisa Data dan Pembahasan Analisa Data
