EKSTRAKSI FLUIDA SUPERKRITIS (SFE)

Presentasi oleh:Purwadi

20705010

METODE PEMISAHAN ANALITIK

SEJARAH (SFE):

Thn 1822 : Fluida Superkritis ditemukan: Baron Cagniard de la Tour Thn 1879 : Hannay dan Hoggart mendemontrasikan kekuatan pelarutan (solvating power) dari etanol Superkritis Antara Th 1964-1976: Zosel mematenkan Dekafeinasi pada Kopi dengan Teknik SFE Thn 1978 : Dekafeinasi tanaman diusahakan oleh Maxwell House Cofee Division dan dimulailah Penerapan SFE di dunia Industri Thn 1981 : Penggunaan Fluida Superkritik pada Analitik dimulai pada Kromatografi Fluida Superkritik (SFC) Kapiler oleh Novotny dkk. Thn 1980-an : SFE mulai dikomersialisasikan Thn 1996 : EPA meyetujui dua metode SFE: Ekstraksi Total Petroleum Hidrokarbon (TPHs) dan untuk PAHs. Thn 1988 : EPA mengumumkan metode SFE untuk ekstraksi PCBs dan Pestisida Organoklorin (OCPs)

TEORI SFE

Memanfaatkan sifat fluida pada keadaan Superkritis untuk mengekstraksi bahan organik dari sampel padat

Fluida Superkritis: keadaan Fluida ketika berada pada temperatur dan Tekanan Superkritis

PadatCair

Gas

Titik Tripel

Fluida Superkritis

Temperatur

Tek

anan Titik Kritis

Diagram Fase Senyawa

Bahan Temperatur Tekanan Densitas

Kritis Kritis Kritis

  (oC) (atm) (103 kg/m3)

CO2 31.3 72.9 0.47

N2O 36.5 72.5 0.45

SF6 45.5 37.1 0.74

NH3 132.5 112.5 0.24

H2O 374 227 0.34

n-C4H10 152 37.5 0.23

n-C5H12 197 33.3 0.23

Xe 16.6 58.4 1.10

CCl2F2 112 40.7 0.56

CHF3 25.9 46.9 0.52

Parameter Kritis beberapa bahan

Keadaan Koefisien Difusi Densitas Viskositas

cm2s-1 g cm-3 g cm-1s-1

Gas 10-1 10-3 10-4

Cair 10-6 1 10-2

Fluida Superkritis 10-3 0.2-0.8 10-4

Data Fisik zat pada berbagai keadaan

Fluida Superkritis:

- Kekuatan Pelarutan Baik (seperti Cairan) - Difusifitas Tinggi (Lebih baik dari Cairan) - Viskositas Rendah - Tegangan permukaan rendah (seperti gas) => Sehingga transfer masa cepat dan dapat menembus pori matriks

Ln (s) = aD + bT + c

s = solubilitas (mol atau %berat)

D = Densitas (g/ml)

T = Temperatur (K)

a,b,c = Konstanta

ε (CO2) 322,9 K

ε (Ar) 298 K

00

20001000 Bar1.0

1.5

1.8

Konstanta dielektrik ε CO2 dan Ar sebagai fungsi Tekanan

ε

6

200 400 (Bar)

12

η

φ

D11. φ

0.6

1.2

φ (

g.cm

-3)

η 1

04 (g

.cm

-1.s

-1)

2.4

1.2

D11

. φ 1

04 (g

.cm

-1.s

-1)

Densitas φ, Viskositas η, D11. φ CO2 pada Fungsi Tekanan pada 40oC (untuk D11. φ pada 50oC)

Karbon Dioksida (CO2)

Tc rendah (31 oC) P, (73 atm)Tidak ToksikTidak mudah TerbakarTersedia dalam kemurnian tinggiNon PolarFrancis (1954): 261 komponen dapat

larut di sekitar kritis CO2

Solubilitas Trigliserida Minyak Kedelai Pada Superkritis CO2 pada Fungsi Tekanan dan Temperatur

200 400 500 600300 atm

% B

erat

Tri

gli

seri

da

Pad

a S

C-C

O2

1

2

3

480oC

70oC60oC

50oC

40oC

Tekanan Ambang

7.0

9.0

11.0

13.0

15.0

17.0

19.0

21.0Dihidrostrepomicin

IvermectinDimetridazole

(CO2 69,0 MPa. 80oC)(CO2 34,5 MPa. 80oC)

SulfamethazineKloramfenikol

Skala Solubilitas untuk SC-CO2 pada Tekanan Tertentu dengan Analit Campuran Obat

40

80

60

100

1009060 70 80

Tekanan (atm)

Tem

per

atu

r (o

C)

Tekanan Miscibilitas Malation pada SC-CO2 sebagai fungsi Temperatur dan Tekanan (diuji dengan SFC-NPD)

CO2 Sebagai fluida utama untuk SFE

- Untuk ekstraksi non dan semi polar- Jelek untuk ekstraksi senyawa polar- Kekuatan pelarutan mampu memecah

ikatan solut – matriks- Untuk meningkatkan efisiensi ekstraksi

dapat ditambahkan pelarut organik (1-10%) disebut Modifier

Ekstraksi Senyawa Polar:

Pelarut Superkritis N2O dan CHClF2

Lebih efisien untuk senyawa polarTidak baik untuk alasan lingkungan

Modifier yang sering dipakai untuk Superkritis CO2

Oksigen berisi Metanol, etanol, isopropil alkohol, aseton, THF

Nitrogen berisi: AcetonitrilSulfur berisi : CS2, SO2, SF6

Hidrokarbon dan senyawa organik terhalogenasi: Hexan, Toluena, Metilen Klorida, Kloroform, Karbon tetraklorida, trikloroflorometan

Asam: Asam Format

Kolektor

Sel Ekstraksi

POMPA

POMPA

Superkritis CO2

Modifier

Restriktor

Oven

Bagan sistem Ekstraksi Fluida Superkritik

Kondisi Ekstraksi Fluida Superkritis

- Pompa : Laju alir konstan (> 2 mL/mnt)

Tekanan 3500-1000 psi

- Untuk menjaga CO2 tetap cair kepala pompa didinginkan dengan bak sirkulasi

- Modifier dapat juga dicampur langsung dengan CO2

- Sel ekstraksi biasanya dari stainless steel, PEEK (Polieter eter keton)

- Restriktor: untuk mengontrol tekanan- Ekstrak dikumpulkan dengan menurunkan

tekanan fluida kepada sorben: perangkap atau pelarut kolektor

- Trap dipilih yang selektif dan dapat didinginkan untuk menurunkan tingkat kehilangan analit

Pelarut kolektor dipilih yang sesuai dan sesuai pula untuk pengerjaan selanjutnya

Tetrakloroetena => IR

Metilen Klorida => Pemisahan GC

Efek matriks terhadap Kinetika Ekstraksi:

Aliran SF

Matrik Sampel

1

23 4

1. Difusi ke luar matriks

2. Desorbsi dari Permukaan

3. Difusi ke luar Fluida Superkritis dari film permukaan

4. Bergerak dalam aliran Fluida Superkritis

Contoh Aplikasi SFE Analit Matriks

Pestisida Organoklorin Tumbuhan Obat China

Pestisida Karbamat Kertas Saring, matriks

Silika Gel

10 residu Herbisida Triazine Telor

As. Aromatis, Fenol, Pestisida Tanah

Vitamin A dan E Susu bubuk

Vitamin D2 dan D3 Produk Farmasi

p-Aminobenzoat, cinamat Produk Kosmetika

(penyerap UV)

Lanolin Serat Wool

Pustaka

- Kou, Dawen dan Mitra, Somenath. Extraction of Organic Compounds from Solid Matrices. New Jersey. John Willey and Sons. 2003

- Wenclawiak, Bernd (Editor). Analysis with Supercritical Fluid: Extaction and Chromatography. Springer Laboratory. Germany. 1992

Terima kasih