ALAT, SKEMA ALAT DAN MEKANISME KROMATOGRAFI PENUKAR ION

A.    Pertukaran Ion Reaksi

Pertukaran ion reaksi, salah satu dari kelas reaksi kimia antara dua senyawa (masing-masing terdiri dari spesies dibebankan positif dan negatif disebut ion ) yang melibatkan pertukaran satu atau lebih komponen ionik. Ion adalah atom, atau kelompok atom, yang menanggung positif atau negatif muatan listrik . Dalam berpasangan atau kelipatan lain mereka membentuk substansi bahan kristal, termasuk garam meja . Ketika seperti zat ionik dilarutkan dalam air, ion-ion dibebaskan-untuk-batas yang cukup dari pembatasan yang menahan mereka dalam array kaku kristal, dan mereka bergerak dalam larutan dengan kebebasan relatif. Bahan tidak larut tertentu bantalan muatan positif atau negatif pada permukaan mereka bereaksi dengan ion solusi untuk menghilangkan berbagai ion selektif, menggantinya dengan ion dari jenis lainnya. Proses tersebut disebut pertukaran ion reaksi. Mereka digunakan dalam berbagai cara untuk menghilangkan ion dari larutan dan untuk memisahkan ion dari berbagai jenis dari satu sama lain. Pemisahan tersebut secara luas digunakan di laboratorium ilmiah untuk efek pemurnian dan untuk membantu dalam analisis campuran yang tidak diketahui. Ion-exchange bahan seperti zeolit ​​juga digunakan secara komersial untuk memurnikan air (antara penggunaan lainnya) dan medis untuk melayani sebagai ginjal buatan dan untuk tujuan lain.

Alat penukar ion ada 2 macam :

1.      Alat penukar ion dengan kolom ganda

2.      Alat penukar ion kolom tunggal (unggun campuran)

1.      Penukar Ion Kolom Ganda

a.      Cara kerja kolom ganda

1.      Pada proses kolom ganda, air mentah mula-mula masuk kedalam penukar kation. Disini semua kation yang terkandung dalam air (terutama ion kalsium, magnesium, dan natrium) ditukar dengan ion hidrogen.

2.      Dalam kolom berikutnya yang berisi penukar anion, maka anion (terutama ion khlorida, sulfat dan bikarbonat) ditukar dengan ion hidroksil. Ion hidrogen yang berasal dari penukar kation dan ion hidroksil dari penukar anion akan membentuk ikatan dan menghasilkan air.

3.      Setelah air terbentuk maka resin penukar ion harus diregenerasi.

b.      Pelaksanaan Regenerasi Pada Proses Kolom Ganda Sangat Sederhana

Kedalam kolom penukar kation dialirkan asam khlorida encer dan kedalam kolom penukar anion dialirkan larutan natrium hidroksida encer. Regeneran yang berlebihan selanjutnya dibilas dengan air.

2.      Penukar Ion Kolom Tunggal

a.       Cara kerja kolom tunggal

Pada proses kolom tunggal, resin penukar kation dan penukar anion dicampur menjadi satu dalam sebuah kolom tunggal. Dengan proses ini dapat dicapai tingkat kemurnian air yang jauh lebih tinggi daripada dengan proses kolom ganda. Sebaliknya, pada proses kolom tunggal regenerasi resin penukar lebih kompleks.

b.      Langkah-langkah kerja pada regenerasi kolom tunggal

Pemisahan resin penukar kation dan penukar anion dengan klasifikasi menggunakan air (pencucian kembali dari bawah ke atas). Dalam hal ini resin penukar anion yang lebih ringan (berwarna lebih terang) akan berada diatas resin penukar kation yang lebih berat (berwarna lebih gelap).

c.       Proses regenerasi dalam kolom tunggal :

1.      Untuk regenerasi, regeneran bersama dengan air dialirkan melewati kedua lapisan resin, asam khlorida encer (HCl) dialirkan dari bawah ke atas melewati resin penukar kation dan dikeluarkan dari kolom pada ketinggian lapisan pemisah.

2.      Larutan natrium hidroksida encer (NaOH) dialirkan dari atas ke bawah melewati resin penukar anion, juga dikeluarkan pada ketinggian lapisan pemisah. Kelebihan kedua regeneran kemudian dicuci dengan air.

3.      Ketinggian permukaan air dalam kolom diturunkan dan kedua resin penukar dicampur dengan cara memasukkan udara tekan dari ujung bawah kolom.

4.      Pencucian ulang kolom tunggal dengan air dari atas ke bawah sampai alat ukur konduktivitas menunjukkan kondisi kemurnian air yang diinginkan.

Sekarang instalasi siap untuk dioperasi lagi, baik pada instalasi pelunakan maupun pada instalasi demineralisasi air, maka pengalihan dari kondisi operasi ke proses regenerasi, pelaksanaan regenerasinya sendiri, dan pengalihan kembali ke kondisi. Beberapa jenis proses pertukaran sering juga digabungkan bersama. Misalnya untuk meringankan beban kolorn utama dari instalasi unggun campuran (untuk meningkatkan perforinansinya) dapat dipasang sebuah kolom pelunak air di depannya.

A.    Penggunaan kromatografi Pertukaran ion

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^-, PO₄^3-, Cl^-, NO₂^-, Br^-, SO₄^2-, 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.

           

B.     Komponen dasar kromatografi ion (Alat)

Penulis pun sampai saat ini terus mengonsentrasikan diri dalam pengembangan metode analisis dalam kromatografi ion serta pengaplikasiannya dalam berbagai sampel air. Gambar 1 memperlihatkan 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.

                                       Gambar 1. Rangkaian dasar komponen kromatograf

Gambar 2 menunjukkan dua buah kolom; kolom pemisah kation dan kolom pemisah anion. Kolom pemisah inilah yang menjadi inti dalam teknik pemisahan kromatografi ion. Benda inilah yang bisa memisahkan ion-ion tersebut ketika sampel dilewatkan ke dalamnya, sehingga puncak yang muncul secara bergantian dan berurutan. Bisa diibaratkan dalam tubuh manusia bahwa kolom ini adalah sebagai jantung pada manusia, sehingga tanpa jantung, manusia tidak bisa hidup. Demikian halnya pada teknik ini, tanpa adanya kolom pemisah, maka tidak akan mungkin terjadi pemisahan ion (Weiss, 1995).

Gambar 2. Dua buah kolom pemisah kation dan anion

DAFTAR PUSTAKA

Saputra, Dede Pratama. 2013. Kromatografi Penukar Ion. (Online). (http://kc12engineer.blogspot.com/2013/06/kromatografi-pertukaran-ion.html, diakses tanggal 29 Mei 2014).

Sitompul, Vera. 2013. Pengolahan Limbah Cair. (Online).  (http://vsitompul.blogspot.com/2013/04/pengolahan-limbah-cair-dengan.html, diakses tanggal 29 Mei 2014).