Kimia Pemisahan

BAB I
KLASIFIKASI TEKNIK PEMISAHAN

Dalam kehidupan sehari hari seringkali ditemui suatu campuran, baik campuran heterogen maupun campuran yang homogen. Proses untuk mendapatkan analit yang murni dari suatu campuran, disebut dengan pemisahan. Dalam kimia analitik, pemisahan merupakan proses yang sangat penting sebelum dilakukan analisa baik analisa kualitatif maupun analisa kuantitatif. Pemisahan bertujuan untuk memisahkan analit yang diinginkan dari analit yang tidak diinginkan. Adanya analit yang tidak diinginkan dapat mengganggu pengukuran dalam analisa. Proses pemisahan dapat diklasifikasikan berdasarkan :

a.Tahapan Proses pemisahana

   1. Metode pemisahan sederhana, yaitu pemisahan yang berlangsung satu tahap

   2. Metode pemisahan kompleks, yaitu pemisahan yang terdiri dari beberapa tahap,misalnya sebelum pemisahan campuran perlu diberi bahan tambahan kimia, atau perlu dirubah pHnya, atau ukurannya perlu diperkecil

b. Jenis campuran

    1.Jika campuran bersifat heterogen, maka untuk pemisahan analit dari campuran dapat dilakukan dengan cara fisika seperti sedimentasi,filtrasi,kristalisasi, destilasi, sublimasi  dan sentrifugasi

    2. Untuk campuran homogen pemisahan analit dapat dilakukan secara kimia dengan cara adsorpsi,  ekstraksi, kromatografi. Selain itu juga dapat dilakukan berdasarkan perbedaan kelarutan, berdasarkan pembentukan senyawa kompleks dan pembentukan endapan

c. Berdasarkan mekanisme pemisahan

Berdasarkan  mekanisme pmisahan , dapat dibedakan  scara fisika dan secara kimia

Secara umum klasifikasi teknik pemisahan ditunjukkan pada tabel 1.1 di bawah ini

Tabel1.1 Klasifikasi Teknik Pemisahan

No	Dasar Pemisahan	Teknik Pemisahan
1	Secara fisika untuk campuran heterogen	Dekantasi Filtrasi Sentrifugasi Destilasi Kristalisasi Sublimasi
2	Secara kimia untuk campuran homogen	Ekstraksi Penukar Ion Adsorpsi Pembentukan kompleks Pembentukan endapan

1.                  Pemisahan Secara Fisika

Filtrasi

Filtrasi adalah proses pemisahan dari campuran heterogen yang terdiri dari larutan dan padatan dengan menggunakan saringan yang berpori. Jika campuran ini dialirkan pada pada saringan, maka bagian larutan akan keluar dari saringan, sementara padatan akan tertahan pada saringan. Proses pemisahan dengan cara penyaringan  dapat dilakukan tanpa menggunakan  tekanan ataupun dengan menggunakan tekanan.

Kertas saring dipotong berbentuk lingkaran, kemudian lipat dua, kemdian dilipat dua lagi. Selanjutnya buka lipatan dan sobek sedikit salah satu ujungnya, letakkan dalam corong sehingga tepat melekat pada corong. Tuangkan sedikit demi sedikit campuran heterogen yang akan dipisahkan.Lakukan penyaringan sampai padatan dan larutan terpisah. Hasil dari proses penyaringan ini  adalah zat padat yang disebut residu dan zat cairnya disebut filtrat.Penyaringan tanpa tekanan sangat sesuai jika jumlah cairannya lebih besar  dibandingkan dengan jumlah padatannya

            Pemisahan dengan tekanan, biasanya menggunakan vakum. Pada bagian dasar corong Buchner diletakkan kertas saring, dan letakkan  corong Buchner  diatas gelas erlemeyer. Campuran yang akan dipisahkan dituangkan kedalam corong Buchner, Dengan bantuan pompa vacum, larutan akan kluar melalui corong, sementara bagian padatan akan tetap pada corong. 

Dialisis

Dialisis merupakan salah satu teknik pemisahan berdasarkan ukuran yang berdifusi melalui membran semi permeabel yang berfungsi sebagai penyaring. Membran ini biasanya terbuat dari selulosa dengan ukuran pori-pori 1-5nm. Dialisis biasanya digunakan untuk memurnikan protein, hormon dan enzim. 

Untuk memisahkan sampel dari analit, sebelumnya sampel diletakan pada sebuah tabung yang dilapisi membrane yang kemudian diletakan pada suatu wadah. Kemudian wadah tersebut diisi oleh larutan yang komposisinya berbeda dari sampel. Jika konsentrasi antara sampel dengan larutan berbeda, maka hal itu akan mempengaruhi kecepatan partikel untuk berdifusi. Partikel besar maupun partikel kecil akan bergerak dengan bebas, akan tetapi partikel dengan ukuran besar tidak dapat melewati membrane.Pada proses cuci darah bagi pasien pnyakit  ginjal, produk metabolisme seperti urea,  asam urat dan kreatinin dikeluarkan dari darah dengan melewati membran dialisis.

Sublimasi

Jika sampel berupa zat padat. Pemisahan analit dan campuran dapat dilakukan dengan sublimasi. Sampel dipanaskan pada suhu dan tekanan di bawah tiga fase (padat, cair, gas) jika zat padat menguap tanpa melalui fase cair. Uap kentalnya untuk membersihkan zat padat. Contoh yang baik untuk sublimasi adalah memisahkan asam amina dari fosil kerang dan endapan dalam laut.

Kristalisasi

Rekristalisasi adalah metode pemurnian padatan. Untuk mengkristalisasi suatu senyawa kita harus memilih pelarut yang sesuai dengan senyawa tersebut. Prinsip rekristalisasi adalah perbedaan kelarutan antara zat yang akan dimurnikan dengan kelarutan zat pencampur atau pencemarnya  Dimana pada proses ini padatan dilarutkan dalam volume pelarut yang minimum yang mana kelarutan analit signifikan jika pelarut panas dan kelarutan analit minim jika pelarut dingin.

Sebagian dari pelarut dipanaskan dalam labu erlemenyer, dan sejumlah kecil sampel ditambahkan sampai sampel terlarut lagi atau larut tetap. Proses penambahan sampel dan pelarut diulang sampai seluruh sampel telah ditambahkan ke dalam labu erlenmeyer. Jika perlu, kotoran yang tidak larut dihilangkan dengan menyaring larutan. Larutan ini dibiarkan dingin perlahan-lahan, kemudian didinginkan dalam penangas es untuk meminimalkan kerugian kelarutan. Sampel dimurnikan dengan penyaringan dan dicuci untuk menghilangkan kotoran larut. Akhirnya, sampel dikeringkan untuk menghilangkan sisa pelarut. Pemurnian lebih lanjut, jika perlu, dapat dilakukan dengan rekristalisasi tambahan.

Contoh proses kristalisasi dalam kehidupan sehari-hari adalah pembuatan garam dapur dari air laut. Mula-mula air laut ditampung dalam suatu tambak, kemudian dengan bantuan sinar matahari dibiarkan menguap. Setelah proses penguapan, dihasilkan garam dalam bentuk kasar dan masih bercampur dengan pengotornya, sehingga untuk mendapatkan garam yang bersih diperlukan proses rekristalisasi (pengkristalan kembali)
Contoh lain adalah pembuatan gula putih dari tebu. Batang tebu dihancurkan dan diperas untuk diambil sarinya, kemudian diuapkan dengan penguap hampa udara sehingga air tebu tersebut menjadi kental, lewat jenuh, dan terjadi pengkristalan gula. Kristal ini kemudian dikeringkan sehingga diperoleh gula putih atau gula pasir.

Sentrifugasi

Jika analit dalam sampel memiliki massa dan massa jenis yang berbeda, maka pemisahan dapat dilakukan dengan cara sentrifugasi. Sampel, sebagai suspensi, diletakkan dalam tabung sentrifuge dan diputar dengan kecepatan yang tinggi. Partikel-partikel dengan gaya sentrifugal yang lebih besar memiliki sedimentasi yang lebih cepat dan secara khusus ditarik ke bagian bawah dari tabung sentrifuge. Untuk partikel-partikel dengan massa jenis yang sama, pemisahannya bergantung pada massa, dengan partikel yang lebih berat memiliki tingkat sedimentasi yang lebih besar.

Sentrifugasi ini penting sebagai teknik pemisahan dalam biokimia. Contohnya, lisosom dapat dipisahkan dari komponen sel lainnya dengan sentrifugasi diferensial yang berulang, di mana lisosom akan mengendap pada bagian bawah tabung sentrifuga.

Setelah menghancurkan membran sel, larutan disentrifugasi pada 15.000 x g (kekuatan medan sentrifugal yang 15.000 kali dari medan gravitasi bumi) selama 20 menit, membuat residu dari membran sel dan mitokondria tertinggal. Supernatant ini diisolasi dengan menuangkan dari residu dan disentrifugasi pada 30.000 x g selama 30 menit, membuat residu dari lisosom tertinggal.

Destilasi

Jika suatu larutan mengandung dua analit yang berbeda titik didihnya dapat dipisahkan dengan cara destilasi. Prinsip dari destilasi adalah pemisahan berdasarkan perbedaan titik didih. Larutan yang mengandung analit dipanaskan, dan analit yang mempunyai titik didih rendah akan menguap lebih dahulu. Selama proses penguapan, suhu larutan tetap dan tidak akan naik.Pemisahan yang sempurna terjadi  jika suhu larutan mulai naik, yang berarti semua analit yang titik didihnya rendah sudah menguap.

1.2 Pemisahan Berdasarkan Reaksi Kompleks

Salah satu teknik yang sering digunakan untuk memisahkan ion ion yang terlarut adalah dengan mengikat salah satu  ion  dengan senyawa khelat atau ligan  sehingga ion tersebut membentuk khelat.  Agen khelat atau ligan disebut juga sebagai agen penopeng(masking agent).  Secara teknis, masking bukan merupakan teknik pemisahan karena analit dan campurannya tidak pernah terpisah secara fisik satu sama lain. Bagaimanapun, masking bisa dianggap sebagai teknik pemisahan pseudo Berbagai ion dan molekul telah digunakan sebagai agen penopeng   ditunjukkan pada tabel  1.2 

Tabel 1.2 Jenis jenis ion penopeng

No	Ion Penopeng	Unsur yang Dapat Ditutupi/dilapisi
1	CN-	Ag, Au, Cd, Co,Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pd,Pt,Zn
2	SCN-	Ag, Cd, Co,Cu, Fe, Ni, Pd,Pt,Zn
3	F-	Al,Co,Cr,Mg,Mn,Sn, Zn
4	S2O32-	Au, Cd, Co,Cu,Fe,Pb,Pd,Pt,Sb
5	NH3	Ag, Co,Cu, Fe, Pd,Pt
6	Tartarate	Al, Ba, Bi, Ca, Co,Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb, Pd, Pt
7	Oxalate	Al,Fe,Mg, Mn,Sn
8	Thioglycolic acid	Cu, Fe, Sn

Contoh 1.1

Sarankan zat Penopeng yang sesuai  untuk memisahkan ion  Ag⁺ dengan adanya ion Ni⁺²
Penyelesaian

Dari tabel 1.2, kita menemukan bahwa NH₃ adalah agen selektif untuk ion  Ag⁺ dengan adanya Ni.

Contoh 1.2

Tunjukkan bahwa CN- adalah zat penopeng yang sesuai untuk Ni sedangkan dalam metode kompleksasi nikel dengan EDTA adalah kurang baik

Penyelesaian

Reaksi yang relevan dan konstan kesetimbangan

Ni²⁺   +  Y ^4-  -------- NiY                          Kf = 4.2 x 10¹⁸

 Ni²⁺   + 4CN ^4-  -------- Ni(CN)₄^2-              β4 = 1.7 x 10³⁰

   dimana Y^4- adalah singkatan untuk EDTA.  Sianida adalah zat penopeng yang  tepat karena nilai konstanta  pembentukan  untuk  Ni(CN)₄^2-lebih besar daripada untuk kompleks Ni-EDTA. Bahkan, tetapan kesetimbangan untuk reaksi dengan  EDTA yang berperan  menggantikan zat penopeng   sangat kecil, menunjukkan bahwa Ni(CN)₄^2- adalah relatif inert dengan adanya EDTA

 Ni(CN)₄^-2 + Y₄^-     --------------------  NIY₂^- + 4CN^-

                                          Kf          4.2 x 10¹⁸

                              K =  --------- =  -------------- = 2.5 x 10^-12

                                            β4           1.7 x 10³⁰

1.3 Pemisahan Berdasarkan pada Wujud Kimia

Destilasi, sublimasi dan rekristalisasi merupakan cara pemisahan berdasarkan perubahan fisiknya. Reaktivitas kimia dapat digunakan dalam pemisahan yaitu dengan mempengaruhi perubahan kimia analitnya atau interferent. Contohnya SiO₂ dipisahkan dari sampel dengan mereaksikannya dengan HF. Metode destilasi dapat digunakan untuk menghilangkan ion anorganik yang tidak mudah menguap dengan mengubahnya secara kimia menjadi bentuk yang lebih mudah menguap. Misalnya NH₄⁺ dapat dipisahkan dari sampel dengan cara merubahnya menjadi NH₄OH. NH₄OH merupakan senyawa yang mudah terurai menjadi NH₃ dan H₂O. NH₃  yang dihasilkan kemudian dihilangkan secara destilasi. Contoh ion ion lain yang dapat dipisahkan dengan cara destilasi ditunjukkan pada  tabel 1.3

Tabel 1.3 Penerapan destilasi untuk pemisahan ion anorganik

No	Analit	Pengolahan
1	CO3-2	CO3-2  + 2 H2O -------- CO2  + 3 H2O
2	NH4+	NH4+ + OH- --------- NH3   + H2O
3	SO3-2	SO3-2 + 2 H2O -------- SO2 + 3 H2O
4	S-2	S-2        + 2 H2O -------- H2S   +   2H2O

Selain berdasarkan pembentukan senyawa yang mudah menguap, pemisahan ion ion anorganik juga dapat dipisahkan berdasarkan kelarutan atau pengendapan pada pH tertentu.  Sebagai contoh pada suasana basa semua ion ion golongan III, IV dan ion transisi akan mengendap membentuk ion hidroksida, sementara ion golongan I dan golongan II tidak mengendap pada suasana basa.  Selain itu, ion Cu^{2 +}, Co^{2 +} Zn^{2 +} dan Ni²⁺, membentuk larutan kompleks dengan NH₃. 

 Tipe lain dari reaksi yang dapat digunakan untuk memisahkan suatu analit kimia adalah pH, karena kelarutan suatu senyawa dipengaruhi oleh pH . Pemisahan berdasarkan kelarutan pH-tergantung dari oksida dan hidroksida. Larutan yang biasa digunakan sebagai pelarut adalah   asam kuat, basa kuat, atau buffer NH₃/NH4Cl.

 Secara historis, penggunaan S^-2 sebagai reagen pengendapan adalah salah satu contoh awal dari suatu teknik pemisahan. Ion ion logam kecuali untuk unsur  alkali tanah  dan logam alkali, membentuk endapan dengan ion S^-2. Karena pembentukan endapan tergantung pada   pH, kontrol pH digunakan untuk menentukan ion logam yang akan mengendap.

Ekstraksi Antara Dua Fasa

Pemisahan suatu sampel yang memiliki satu fase disebut ekstraksi. Ekstraksi dapat dilakukan dengan metode ekstraksi cair –cair, ekstraksi padat cair dan ekstraksi gas padat..

Nilai efisiensi suatu ekstrasi, dapat diukur dengan Rasio Distribusi (D) yaitu rasio konsentrasi total zat terlarut dalam setiap tahap,zat terlarut ada dalam satu fasa, maka koefisien partisi dan rasio distribusi dapat ditentukan. Namun jika zat terlarut ada dalam lebih dari satu bentuk, KD dan D biasanya memiliki nilai yang berbeda.

 karena nilai  D berubah ubah sesuai dengan persamaan

                                                              Kd

                                                   D = --------------

                                                            1 + Ka/H⁺.

Pemisahan Kromatografi

Pada pemisahan secara kromatografi, prinsip pemisahan berdasarkan perbedaan distribusi komponen  di antara dasa diam dengan fasa gerak yang kepolarannya berbeda. Keberhasilan  pemisahan secara kromatografi  bergantung  pada daya intraksi komponen –komponen  campuran dengan fasa diam dan fasa gerak. Jika interaksi suatu komponen dengan fasa diam tidak kuat, maka komponen tersebut  akan meninggalkan fasa diam lebih cepat. Jika  dua atau lebih komponen  memiliki  daya interaksi  dengan fasa diam dan fasa gerak hampir sama, maka komponen komponen tersebut  sukar dipisahkan. Sistem kromatografi dapat diklasiifikasikan berdasarkan :

            (i) fasa diam dan fasa gerak.

                Sebagai fasa diam maupun fasa grak dapat digunakan zat cair, gas maupun padatan.Berdasarkan fasa diam dan fasa gerak kromatografi diklasifikan sebagai kromatografi cair-cair, kromatografi gas-cair dan , kromatografi gas padat

            (ii) Mekanisme pemisahan

                 Berdasarkan mekanisme pemisahan sistem kromatografi dikenal dengan : kromatografi adsorpsi, kromatigrai partisi, kromatograi eksklusi, kromatografi penukar ion

            (iii) Letak fasa diam

               Berdasarkan letak fasa diam, dikenal kromatografi kolum dan kromatografi planar