2014/2/25

1

EKSTRAKSI EKSTRAKSI

LO Bahan Kajian

• Setelah menyelesaikan topik ini Mahasiswa mampu menjelaskan, membedakan dan menerapkan pemisahan dengan cara ekstraksi (ekstraksi senyawa anorganik, fase padat, sinambung, mikrogelombang), dan pemekatan ekstrak beserta instrumentasi tiap teknik ekstraksi.

Ekstraksi

Prinsip Ekstraksi 1

Ekstraksi Spesi Anorganik 2

Ekstraksi Fase Padat 3

Ekstraksi Sinambung 4

Ekstraksi Mikrogelombang 5

Pemekatan Ekstrak 6

Prinsip Ekstraksi

Prinsip ekstraksi

Jenis ekstraksi: Cair-cair Cair-Padat Padat-Cair Gas-Padat

Fasa yang berisi sampel ditulis lebih dulu Contoh:

Sampel dalam fase cairan dan fase kedua adalah padat disebut: EKSTRAKSI CAIR-PADAT

Prinsip ekstraksi

Solut A dapat terdistribusi antara fase air dan organik

Konstanta distribusi (K) kesetimbangan:

[aA]org dan [aA]aq aktivitas

solut pada fase organik dan air

[A]org dan [A]aq konsentrasi

solut A (molar) pada fase

organik dan air

2014/2/25

2

Prinsip Ekstraksi

• Konsentrasi A yang tersisa dalam fase air setelah i kali ekstraksi [A]i ialah

– Vaq dan Vorg ialah volume fase air dan organik

– [A]0 ialah konsentrasi A sebelum ekstraksi

• Latihan

– Konstanta distribusi iodin antara pelarut organik dan air ialah 85. Tentukan konsentrasi iodin yang tersisa di fase air setelah ekstraksi bila 50 mL iodin 1 x 10-3 M diekstraksi dengan pelarut organik sebanyak a) 50 mL b) 25 mL

Prinsip Ekstraksi

• Jumlah mol yang tersisa pada fase air setelah satu kali ekstraksi

• Jumlah mol yang tersisa pada fase air setelah n kali ekstraksi

Prinsip Ekstraksi

• Nisbah distribusi, D: perbandingan konsentrasi solut total di fase pertama terhadap fase kedua

• Bila solut hanya berbentuk tunggal pada tiap fase, D=KD

• Bila solut tidak tunggal pada salah satu fase, D≠ KD

Prinsip Ekstraksi

Fraksi solut dalam fase air setelah 1 kali ekstraksi

Fraksi solut yang terambil oleh fase organik setelah 1 kali ekstraksi

Fraksi solut dalam fase air setelah n kali ekstraksi ialah

Prinsip Ekstraksi

Solut S memiliki KD antara air dan kloroform sebesar 5. sebanyak 50 mL 0.05 M diekstraksi dengan 15 ml kloroform. Tentukan:

a. Efisiensi ekstraksi

b. Volume kloroform yang diperlukan untuk mengekstraksi 99.9% solut?

Efisiensi ekstraksi = fraksi solut dalam fase organik: 1-0.400 = 0.600 = 60 % Volume kloroform yang diperlukan untuk mendapatkan efisiensi 99.9 % (atau qaq = 0.001)

Jawab

Prinsip Ekstraksi

Berdasarkan soal sebelumnya, tentukan: a. Efisiensi untuk ekstraksi 2 x ulangan dan 3 x ulangan b. Ulangan ekstraksi untuk membuat 99.9% solut terekstraksi

Jawab

Efisiensi ekstraksi setelah 2 kali ekstraksi adalah 84 % Sedangkan setelah 3 kali ekstraksi adalah 93.6 %

Efisiensi ekstraksi 99.9 % berarti Qaq = 0.1 % atau 0.001

Jumlah ekstraksi yang harus dilakukan ialah 8 kali

2014/2/25

3

Koefisien partisi

Nisbah distribusi

Prinsip Ekstraksi

• Ekstraksi cair-cair dengan adanya kesetimbangan asam

Nisbah distribusi molekul basa lemah

Prinsip Ekstraksi

• Ekstraksi cair-cair dengan adanya kesetimbangan basa

Ekstraksi spesi anorganik

Ekstraksi cair-cair spesi anorganik lebih baik dibandingkan pengendapan, filtrasi, dan pencucian spesi anorganik Ekstraksi cair-cair spesi anorganik lebih disukai dibandingkan pengendapan.

Pemisahan Ion Logam sebagai Kelat • Spesi anorganik (logam) dikelat dengan agen

pengelat organik • Senyawa kelat yang dihasilkan larut dalam pelarut

organik dan kurang larut dalam air

Misal: HQ adalah agen pengkelat, ditambahkan berlebih di fase organik

Terdapat 4 kesetimbangan: 1. Distribusi HQ antara fase air

dan organik 2. Disosiasi HQ menghasilkan H+

dan Q-

3. Pembentukan kompleks MQ2

4. Distribusi MQ2 antara fase air dan organik

Ekstraksi Spesi Anorganik

Pemisahan ion logam sebagai kelat

Reaksi kesetimbangan keseluruhan merupakan jumlah dari keempat reaksi. Dituliskan sbb:

Konstanta kesetimbangan dituliskan sbb:

Ekstraksi Spesi Anorganik

Pemisahan ion logam sebagai kelat

HQ pada fase organik berlebih

dibanding M2+ fase air sehingga

[HQ] relatif konstan selama

proses. Konstanta

kesetimbangan dapat

disederhanakan

menjadi:

atau

Rasio konsentrasi logam pada kedua fase (organik dan

air) berbanding terbalik dengan kuadrat konsentrasi H+

Ekstraksi Spesi Anorganik

• Pemisahan ion logam sebagai kelat Ion logam, M2+, diekstraksi dari air ke fase organik dengan agen pengkelat, HL. Koefisien partisi agen pengkelat, KD,L dan kompleks logam-ligan KD,C masing-masing adalah 1.0 x 104 dan 7.0 x 104. Ka agen pengkelat sebesar 5.0 x 10-5. Konstanta pembentukan kompleks logam-ligan, β, sebesar 2.5 x 1016. Hitung efisiensi ekstraksi bila 100.0 ml M2+

(aq) 1.0 x 10-6 M dalam bufer pH 1.00, diekstraksi oleh 10.00 ml pelarut organik yang mengandung 0.1 mM agen pengkelat. Hitung efisiensi bila pH berubah menjadi 3.00

2014/2/25

4

Jawaban

Efisiensi ekstraksi pada pH 1 0.4 % Pada pH 3 efisiensi ekstraksi 97.8 %

Hubungan pH dengan efisiensi pada ekstraksi cair-cair melibatkan pengkelat

Ekstraksi Spesi Anorganik

• Pemisahan ion logam sebagai pengelat

Ekstraksi Spesi Anorganik

• Pemisahan Ion Logam sebagai kelat:

– Nilai K ion logam satu dan lainnya biasanya berbeda jauh teknik selektif

– pH perlu dibufer pada nilai tertentu untuk mengoptimalkan pemisahan

• Ekstraksi Logam klorida dan nitrat

Ekstraksi logam dalam larutan HCl oleh eter akan memiliki efisiensi yang baik. Logam yang terekstrak antara lain Fe (III), Ti (III), Au (III), Mo (IV), tin (IV), Sb (V)

Logam Al (III), logam divalen (Co, Mn, Ni, Pb) tidak terekstraksi

Uranium, U (VI) dipisahkan dari logam lain seperti Pb dan thorium (Th) melalui ekstraksi cair-cair larutan U dalam asam nitrat yang dijenuhkan dengan ammonium nitrat dengan eter

Ekstraksi Fase Padat

Berkembang mengatasi kelemahan/kesulitan ekstraksi cair-cair (yaitu: memerlukan banyak pelarut, kedua fase tidak saling campur, tidak boleh membentuk emulsi)

Ekstraksi fase padat mengekstraksi solut dari fase cair ke fase padat

Menggunakan membran, syringe, kolom, atau catridge berisi penjerap (senyawa organik hidrofobik seperti C18)

Syringe

Ekstraksi Fase Padat

Ekstraksi Fase Padat Ekstraksi Sinambung

• Dilakukan bila konstanta distribusi atau partisi tidak berbeda cukup besar

• Ekstraksi dengan corong pisah atau ekstraksi sederhana tidak bisa dilakukan

• Dilakukan dengan melewatkan fase pengekstraksi secara kontinu sampai proses ekstraksi kuantitatif tercapai

• Cara ekstraksi sinambung antara lain Maserasi (perendaman) Perkolasi Refluks Soxhletasi

2014/2/25

5

Ekstraksi Sinambung

• Maserasi:

– merendam sampel dengan pelarut yang sesuai dan waktu tertentu

– Saring maserat (ekstrak)

Ekstraksi Sinambung

• Perkolasi

– Seperti maserasi hanya pada radas ditambah sistem penyaringan

Ekstraksi Sinambung

• Refluks:

– Campuran contoh dan pelarut dididihkan pada suhu dan waktu tertentu, uap yang terbentuk diembunkan dalam kondensor agar kembali ke labu reaksi volume campuran tetap

Ekstraksi Sinambung

Soksletasi Ekstraksi solut dari padatan dengan

menggunakan pelarut volatil yang cocok, prosesnya berulang-ulang

Contoh selalu diekstraksi dengan pelarut segar pelarut diuapkan pada saat dingin, tetesan pelarut mengenai bahan padatan yang ada di dalam wadah/bungkus pada tempat menyimpan bahan solut yang sesuai akan terekstraksi

Pelarut menguap melalui pipa yang lebih besar

Ekstraksi Sinambung

• Soksletasi

– Pelarut yang terkondensasi masuk ke wadah sokslet dan melarutkan komponen dari sampel dalam timbel.

Ekstraksi Sinambung

• Soksletasi

– Ketika pipa kecil penuh oleh pelarut, seluruh pelarut pada alat sokslet akan turun ke labu didih

2014/2/25

6

Ekstraksi Sinambung

• Soksletasi

– Pelarut yang turun ke labu didih ialah pelarut yang telah mengekstraksi bahan dari timbel

Ekstraksi Sinambung

• Soksletasi

– Pelarut dalam labu didih kemudian menguap kembali sebagai pelarut segar tanpa mengandung zat yang terekstraksi dan mengisi alat sokslet yang mengandung sampel dalam timbel

Ekstraksi Sinambung

• Soksletasi

– Dan siklus ekstraksi kembali terjadi

Ekstraksi Sinambung

• Soksletasi

– Secara ringkas prosesnya sbb

Ekstraksi Mikrogelombang

Sampel ditempatkan dalam wadah teflon, diberi pelarut, dan dipanaskan dengan energi gelombang mikro

Gelombang mikro merupakan non-ionizing radiation

Menyebabkan gerakan migrasi dan rotasi dipol tanpa menyebabkan perubahan pada struktur molekular

Frekuensi 300-300.000 MHz. Yang umum digunakan 2450 MHz

Polarisabilitas: beberapa molekul dalam medan listrik (E) memiliki momen dipol terinduksi (m)

α adalah konstanta atau polarisabilitas molekular

Permitivitas: berkaitan dengan gaya tolakan antara dua muatan

ε = permitivitas absolut medium,

ε/ε0 = konstanta dielektrik

Vessel ekstraksi

mikrogelombang Optical temperature probe

Ekstraksi Mikrogelombang

2014/2/25

7

Pemekatan Ekstrak • Menghilangkan pelarut

• Dilakukan dengan:

– Rotarievaporator: • cair gas (pelarut) bahan tertinggal

• Kondisi P & T diatur agar fase cair gas lebih cepat dan efisien

• Digunakan untuk:

– evapoprasi/penguaan

– Pengeringan bubuk dan padatan

– Destilasi suhu rendah dari bahan yang sensitif terhadap kalor

• Labu ditempatkan pada penangas air

• tekanan dalam sistem dikurangi dengan bantuan vakum

• Pemutaran labu untuk mencegah gejolak larutan, menjamin pencampuran dan proses transfer kalor secara merata

– Freeze drying:

• cair gas (pelarut) sublimasi padat (bahan)

Pemekatan Ekstrak • Menghilangkan pelarut

• Dilakukan dengan: – Rotarievaporator:

– Freeze drying:

• cair gas (pelarut) sublimasi padat (bahan)

• Untuk memisahkan atau menghilangkan (liofilizer) pelarut dari suatu bahan dengan cara mengatur P & T sehingga fase cair gas untuk pelarut bersamaan dengan padat gas (sublimasi) untuk bahan

• Digunakan:

– Pemekatan dan pengeringan untuk bahan yang tidak dapat dikeringkan pada keadaan atmosfer sensitif terhadap kalor dikeringbekukan

• Kering beku: proses bahan mengalami tekanan vakum yang sangat tinggi setelah dibekukan pelarut akan tersublimasi. Yang tdk tersublimasi tetap sebagai padatan

• Alat dapat diatur agar yang tersublimasi adalah pelarut/zat yang tdk diinginkan

LATIHAN • Jelaskan prinsip ekstraksi senyawa anorganik,

• Jelaskan prinsip ekstraksi fase padat,

• Jelaskan prinsip ekstraksi sinambung,

• Jelaskan prinsip ekstraksi mikrogelombang

• Jelaskan persamaan dan perbedaan cara ekstraksi senyawa anorganik, fase padat, sinambung, mikrogelombang

• Sebutkan salah satu penerapan pemisahan dengan cara ekstraksi

• Jelaskan kedua teknik pemekatan yang Anda ketahui beserta persamaan dan perbedaannya

• Berikan contoh penggunaan kedua teknik pemekatan ekstrak

• Jelaskan instrumentasi tiap teknik ekstraksi yang Anda pelajari.

LATIHAN

• Suatu solut asam, HA, mempunyai Ka = 1.00 x 10-5 Koefisien partisi antara air dan benzena sebesar 3.00. Hitung efisiensi ekstraksi bila 50.0 ml HA 0.025 M dalam bufer pH 3.00 diekstraksi dengan 50.00 ml benzena. Hitung efisiensi ekstraksi bila pH berubah menjadi 5.00 dan 7.00

TERIMA KASIH