Muzakky, dkk ISSN 0216-3128 173

OPTIMASI EKSTRAKSI ASAM HUMAT DARI Na-HUMATDAN KARAKTERISASINYA DENGAN FTIR.

Muzakky, Agus Taftazani dan SukirnoPuslitballg Tekllologi Maju BATAN, Yogyakarta

ABSTRAK

OPTIMASI EKSTRAKSI ASAM HUMAT DARI Na-HUMAT DAN KARAKTERISASINYA DENGAN

FTIR. Telah dilakukall optimasi ekstraksi asam I/Umat dari Na-humat dall karakterisasinya dengan FTIR.Tujuall pelleltiall illi ulltuk isolasi asam I/Umat dari tallah gambut dengall metoda ekstraksi cair-cair.Sebagai umpall Na-humat, dibuat dellgall mereaksikan tanah gambut ukuran 400 mash dengan NaOH 0,1 Nselama 24 jam. Ekstraktall dipilih "melil iso buti/ keton" (MIBK) karena cukup selektif terhadap asamImmat, sedangkan karakterisasillya mellggullakan "fourier transform infra red" (FITR). Hasi/ ekstrasioptimum pada waklll kontak 15 mellit, kOllselltrasi fasa orgallik MIBK 80% dall pH 3. Hasi/ karakterisasiFTIR temyata mellghasilkall munculllya spektra IR pada daerah 3442,7 cn,-I, 2922.0 dall 2852.5 cm,l,1716,5 cm-' serta 1624.0 cm,l. Hal illi berarti balllva karakteristik asamlmmat hasil ekstraksi tidak berbeda

jauh dengall asam I/Umat stalldar. Tetapi dellgall muncuillya spektra pada pita 1120.7 cm,l dall banyaknyaspektra pita-pita diatas 3500 CI/I,Iasamlmmat hasil ekstraksi belum bebas dari SiO! dan pengotor logam.

Kata kllllci : Asamlwmat, Na-Humat, FTlR, MIBK.

ABSTRACT

OPTIMIZATION EXTRACTION OF HUMIC ACID FROM NA-HUMATE AND

CHARACTlRIZATlON BY FTlR. The Optimizatioll extraction of humic acid from Na-Humate andcharactizatio/l by FTiR has been dOlle. For that purpose, the study is to isolate of Iwmic acid from peat soilby liquid-liquid extraction. As a feed the Na-Iwmate was made by reaction of 400-mesh size of peat soil with0,1 N NaOH duri/lg 24 hour. The extracted was using by methyl iso butyl ketolle (MBIK) because it's veryselected with humic acid, while Fourier Trallsform Infra Red (FITR) for characterization. The result ofextraction were optimize atl5 minute, 80% MIBK concentration alld pH 3. The result of characterization byFTlR, appeared of spectra on 3442,7 cm,l, 2922.0 and 2852.5 cm,l, 1716,5 ClII-' also on 1624.0 cm,l. It's

mean that characterized of extraction result was significant by humic acid standard. But appeared spectraall 1120.7 cm,l and upper 3500 cm,l humic acid extraction result not free from SiO! and metals impurities.

Keyword: humic acid, Na-Humate, FTIR, MIBK.

PENDAHULUANIsolasi senyawaan humik dari tanah organik telahdimulai pada tahun 1930-an, para peneliti mulaimenggunakan larutan garam netral dari asam-asammineral dan juga garam-garam oksalat serta asam­asam organik lain dengan berat molekular rendah.Pada perkembangan selanjutnya, berbagai pelarutorganik dan anorganik digunakan untukmengisolasi senyawaan humik dari tanah organik(l).

Perhatian besar diberikan untuk garam­garam netral dari asam-asam mineral, khususnyanatrium pirofosfat. Pada awalnya garam netral inibanyak digunakan untuk mengisolasi asam humatdari tanah organik. Namun dcmikian sejumlahpenulis dalam pcnelitian-pcnclitian yang sama telahmelaporkan bahwa larutan tersebut hanya sedikitmengekstrak substansi-substansi senyawa humikdari tanah organik, dibandingkan dengan larutanalkali. Larutan NaOH 0, I M diketahui sangatefektif mengekstrak senyawaan humik, dimanasenyawaan humik larut dalam NaOI-l sedangkanhumin dan senyawa bllkan hllmik lainnya tidak

larut(2). Untuk mendapatkan asam humat darilarutan NaOH ini perlu ditambahkan HCI danpengaturan pH hingga 2 sehingga asam humat akanmenggumpal dan tidak larut, sedangkan asam fulfattetap larut. Asam humat selanjutnya dipisahkandari larutan basa asam fulfat dengan jalanpemusingan berulang-ulang dan memerlukan waktulama. Asam humat yang telah dipisahkan iniselanjutnya masih harus dikeringbekukan agardiperoleh asam humat kering(3). Cara isolasi inimerupakan cara klasik, sehingga untukmemperoleh asam humat tersebut akanmemerlukan waktu lama dan hasil perolehan yangrendah.

Dengan demikian rumit. dan lama dalammengisolasi asam humat tersebut diatas, maka padapenelitian ini dicoba cara lain dengan metodaekstraksi cair-cair menggunakan pelarut organikmetil isobutil keton (MIBK)(4), Alasan dipilihnyaMIBK menu rut Stevenson(6) dapat dilihat padatabel dibawah ini.

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Jull 2003

/74 ISSN 0216 - 3128 /lfllzakky, dkk

Tabel 1. Perolehan asam humat dari tanahgambut(6)

Keda- SenyawaMetodaMetodalaman

terisolasiklasikekstraksi(m)

(NaOH)MIBK

g/100 gG/1 OOg

gambutgambut

0, I-I

Asam humat6,06,2

Asam fulvat

0,7610,0

Humin

-4,2

1-2,0

Asam humat6,014,0

Asam fulvat

0,543,8

Humin

-7,0

Teo";

Secara sederhana ekstraksi asam humat

(A) dengan MIBK (Ox) dapat dinytakan sbb,

Dengan asumsi bahwa hanya [AOxnJ yangada dalam fase organik dan An+ terdapat dalam faseair, maka koefisen distribusi (KD) adalah,

(5)

Menurut Hirano,T.S(7) substitusi perasamaan(1), (2), (3) dan (4) kedalam persamaan (5), akankita dapatkan,

Kita sederhanakan persamaan (6) denganmengambil sebagian harga persamaan tersebut,

Sehingga penyederhanaan persamaan (6)diatas menjadi,

A/1 + + 11 Ox - ~ AOxn,

[AOxn]KAOxn = -----

[An +][Ox-]

Disosiasi dari ekstraktan MIBK adalah ,

(1)

KAOx KdK:n

(K~ )"(7)

Distribusi ekstraktan diantara fase air (fa) ke faseorganik (fo),

HOx~H+ +Ox-,

Ka = [H+][Ox-][HOxJ

[HOx]a H [HOx]o,

[HOx]oKd =--­

[HOx]a

(2)

(3)

logKD = logK + 1l1og[HOx] + 1l.pH, 8).ex 0

Tata kerja

1. Baha"-baha,,.

Tanah gambut yang diambil dariKalimantan, NaOH, KOH, Na2C03, KCl dan HCI,dan ekstraktan Metil Isobutil Keton (MIBK),Kerosin, N-N-dimethylacetamida semuanya bllatanE. Merck.

2. Alat-alat.

Notasi subskrip (a) merupakan fase air dan(0) adalah fase organik, dengan demikian distribusikompleks senyawa humat dalam ke dua faseadalah,

Seperangkat Spektrometer UV-Visible,HEWLETT 8452 A PACKARD Diode ArraySpectrophotometer, seperangkat alat FTIR, corongpisah 500 ml, pengaduk magnet dan alat pemllsing.

IAOxn]a H lAOxn]o,

K I __[A_O_x_n_J_od - [AOxnJa

(4)

Cara lielja.

1. Pcmbuatan larutan umpan Na-humatlH).

Diambil tanah gambut kering dengan lIkuranblltiran 400 mesh, dengan berat 0,1 gram ke dalamerlenmeycr 50 ml dan ditambahkan 15 ml larlltanNaOl1 0,1 N, sclanjlltnya adllk sclama 24 jam

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

Muzakky, dkk ISSN 0216 - 3128 175

4 7 10 13 15Waktu kontak (menit)

Gambar 1. Pengaroh waktu kontak terhadap KDasam humat

Pada menit ke-15 ke atas hasil yangdiperoleh relatif konstan, yang berarti bahwapenambahan waktu pengocokan tidak akanmemberikan penambahan hasil yang berarti. Halini menunjukkan bahwa waktu pengocokan kuranglebih IS menit merupakan waktu optimum untukmengekstrak asam hurnat dengan MIBK, dan Halini berarti kesetimbangan pad a persamaan (2), (3)dan (4) telah optimal.

Pada variable konsentrasi fasa organik([HOx]o) terhadap KD asam hurnat, yang sesuaidengan persarnaan (8) diatas bahwa log KD akanmerupakan fungsi konsentrasi fo ([HOx]o). Darihasil percobaan yang diperoleh pada Gambar 2,menunjukkan bahwa sernakin tinggi konsentrasiMIBK dalam kerosin, rnaka akan semakin besarKD a!iam humat.

Dari GambaI' 2, terse but tampak bahwa padakonsentrasi MIBK yang rendah KD asam humatakan cenderung kecil, dan pada kondisi konsentrasiMIBK yang tinggi KD asam hurnat akan naik.Kenaikan tertinggi dicapai pada keadaankonsentrasi 80 %, kemudian relatif konstan padakonstrasi 90%. Dengan demikian pecobaan pada

Pengaroh konsentrasi [Ho.J 0 ter­hadap KD a.sam hl/mat.

menggunakan pengaduk rnagnet. Dipisahkanantara fraksi padat dengan fraksi cair menggunakanalat pemusing dengan kecepatan 2000-3000 rpm,selanjutnya fraksi larutan ditampung ke dalamwadah plastik yang selanjutnya digunakan sebagaiumpan ekstraksi.

2. Ekstraksi asam IlUmat dellgan MIBK.

Diambil 10 ml umpan Na-Humat dandirnasukkan ke dalam corong pisah dengankapasitas 30 ml yang didalamnya telah ada larutan10 ml MIBK-Kerosin 10% (atau divariasi).Kemudian dilakukan pengocokan dilakukan selama15 menit (atau divariasi). Setelah kedua fasaterpisah kemudian diambil fasa air yangmengandung asam fulvat, dan fasa organiknyayang tinggal didalam corong pisah ditambahkanNaOH 0,1 N dan 0,01 gram kristal kalsium kloridaanhidrous(4). Kemudian dikocok kembali selama

15 menit. Setelah kedua fasa terpisah kemudiandiambil fasa air yangmengandung asam humatpada wadah platik 25 ml. Di asamkan dengan HCIpekat hingga larutan keruh, kemudian diekstraksidengan MIBK kembali, sehingga diperoleh asamhurnat dalam bentuk gel dan dikeringkan untukdikarakterisasi menggunakan FTIR. Fasaorganiknya di analisis asam hurnatnya denganspektrofometer UV-Vis pada panjang gelombang400 nm dan N,N-Dimetilasetamida sebagaipengencer dengan perbandingan volume sebesarI: 1.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil dan pembahasan ini kita awali terlebihdahulu dengan menentukan optimasi waktu kontak,atau waktu reaksi dari persarnaan (I) serta reaksikesetimbangan dari persamaan (2), (3) dan (4)menjadi sempuma. Dari Gambaar I, dapatdiperlihatkan proses waktu kontak semakin larna,akan menjadi stabil atau konstan. Atau dengankata lain KD asam hurnat dari larutan Na-humat ke

pelarut organik MIBK sernakin besar dengansernakin larnanya waktu kontak.

Terlihat dari Gambar I, bahwa pada menitke-2 sampei menit ke-IO terjadi kenaikan tajamterhadap KD kemudian relatif stabil pada menit keIS yang berarti semakin banyak asam hurnat yangterekstrak oleh MIBK. Hal ini karena terjadinyakenaikan solvasi oleh MIBK terhadap asam humatdengan adanya kenaikan waktu kontak antarpelarut. Tanpa adanya pengocokan, pelarut MIBKakan sulit mengambil asam humat karena MIBKtidak bercampur dengan air. Dengan adanyapengocokan tersebur akan menambah kesempatanasam humat untuk berdistribusi dalam pe1arutorganik sehingga MIBK lebih mudah mensolvasidan mcngckstraksi dari fasa air. -

1

0,9

0.8

~ 0,7E 0,5EO,Sro

~ 004

o 0.3::.::: 0,2

0,1

°1

0.8

0,7

ro 0.5

~ 0.5

~ 004fJ)

~ 0.3

~ 0.2

0.1

°10

Gambar 2.

20 40 50 80

konsentrasi fo atau (Hox].(%)

25

90

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImlah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, B Juli 2003

/76 ISSN 0216 - 3128 Mllzakky, dkk

Gambar 2, telah tidak menyalahi phenomenaekstraksi yang tertera pada pesamaan (8) diatas.

Untuk mendukung pereobaan diatas apakahtelah sesuai dengan persamaan (8), kita buktikankembali dengan variable pH terhadap KD asamhumat, yang dapat diperlihatkan pada gambar 3.

Dari Gambar 3, dapat diperlihatkan bahwaKD asam humat juga sangat dipengaruhi oleh pH.Dari pereobaan variable pH tersebut dapatdiperoleh hasil bahwa dengan pH sernakin keeilrnaka semakin besar pula KD asam hurnat yangdiperoleh Phenomena variable pH ini dapatditerangkan bahwa, dengan sernakin tingginya pHmaka senyawa humat akan lebih mudah terionkandan akan lebih mudah bereaksi dengan NaOHmembentuk Na-humat, sedangkan dalam kondisipH yang semakin rendah, senyawa hurnat akansernakin banyak dalam bentuk tak terionkansehingga asarn hurnat yang terekstrak oleh MlBKakan sernakin banyak

(gambar 5). Dari spektra terse but muncul pita-pitautama yang rnerupakan karakteristik dari spektraasam humat. Pita-pita terse but muneul pada daerah3442,7 em" dengan absorpsi kuat menunjukkanbahwa pada daerah ini tcrjadi serapan rentang (­OH). Narnun tidak mcnutup kernungkinan bahwapada daerah ini juga terdapat rcntang (-N-H) danikatan hidrogen. Terjadinya serapan rentang (-OH)terse but merupakan karakteristik senyawa hurnatkarena adanya gugus fungsional fenolik (-OH) danalkoholik (-OH).

Pita karaktcristik lain yang rnenunjukkanbahwa euplikan hasil ekstraksi tersebut adalahasarn hurnat yaitu pita serapan pada 2922.0 dan2852.5 em'l, pita ini terlihat sangat signifikan padaasam hurnat. Pita ini dapat berupa rentang vibrasiyang asirnetri maupun simetri khususnya padarcntang alifatis (C-H) dalarn gugus rnctil dan! atau"metilen aktif'yang biasanya dalarn bentuk ketonterkonjugasi dengan struktur sebagai (CO-CHrCOo).

0.9

0.8

_ 0.7roE 0.6~

.r::. 0.5

~ 0.4rJ)

~ 0.3

~ 0.20.1

o

3 4 6

pH

8 10

Gambar 3. Pengaruh pH terhadap KD asa1/lhll1/la(

Ikatan asarn humat dengan MlBK adalahikatan hidrogen yang terjadi karena atom 0 darigugus karbonil dalarn rnolekul MlBKrnendonorkan pasangan elektronnya kepada atom Hdari gugus karboksil, fcnolik rnaupun alkoholalifatik dalarn rnolckul asam hurnat. Dengandcrnikian Icngkap sudah pcrnbuktian persarnaan (8)diatas, bahwa KD ekstraksi sebagai fungsikonsentrasi fasa organik dan pH.

Hasil akhir ckstraksi asarn hurnat setelah

mclalui proscs pcndinginan kcring, kcmudianstruktur gugus fungsional molckulnya di analisisdcngan alat FTIR dan hasinya dapat ditampilkanpada gambar 4.

Bcrdasarkan hasil analisis dengan spcktraFTIR scbagaimana dibcrikan pada gambar 4,dikctahui bahwa bahan hasil ckstraksi dari tanah

gambut mcnggunakan MlBK mcnunjukkan potayang sama dcngan struktur asam humat standar

Gambar 4. Karakterisasi spektra asam humat hasi/ekstrasi dengall FTIR

Gambar 5. Spektra FTIR asam humat danderivatnya 1/Iellllrut TAN.KH.{.I)

Scrapan pita 1716,5 em'l mcnandakanadanya rentang vibrasi (C=O) yang juga mcrupakan

Prosiding Pertemuan dan Presentasi IImiah Penelitian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NuklirP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Juli 2003

Mllzakky, dkk ISSN 0216 - 3128 /77

salah satu karakteristik spektra infra merahsenyawa humat, dan vibrasi (C=O) ini dapat berasaldari gugus keton, karboksilat maupun kuinon.

Pita di daerah 1624.0 cm,l menunjukkanadanya gugus aromatis (C=C) ikatan rangkapterkonjugasi dengan (C=O) danlatau (COO).Untuk pita-pita 1458,1, 1541,0, dan 1508,2 cm'l inimenandakan adanya garam dari COOH, dimanapita ini muncul karena adanya pengotor dari clayyang ditunjukkan oleh pita-pita pada daerah 1267,2cm'l memperkuat adanya ikatan vibrasi alifatisgugus (C-H). Asam humat hasil ekstraksi ini masihmengandung pengotor Si02 yang ditandai denganmunculnya pita pada daerah 1126,4 cm,l.Perbedaan yang jelas dari gambar 4 dengan 5adalah masih adanya pengotor dari asam humatyang diperoleh dari ekstraksi cair-cairmenggunakan MIBK.

KESIMPULAN

Asam humat dapat di ekstrasi dari Na­humat, dengan cara ekstraksi cair-cairmenggunakan MIBK. Kondisi optimum ekstraksidilakukan pada waktu kontak 15 menit, konsentrasifasa organik MIBK 80% dan pH 3. Denganmunculnya spektra lR pada daerah 3442,7 cm'l,2922.0 dan 2852.5 cm·l, 1716,5 em-I serta 1624.0cm'l berarti karakteristik asam humat hasil

ekstraksi tidak berbeda jauh dengan asam humatstandar. Tetapi dengan munculnya pita 1120.7 em'I dan banyaknya pita diatas 3500 cm,lasam hasilekstraksi belum bebas dari SiOz dan pengotorlogam

DAFT AR PUST AKA.

I ~ Kononova.M.M., Soil organic matter, It'snature, It's role in soil formation and in soilfertility., London, second edition, PergamonPress., 1966.

2. Aiken.,G.R et aI., An Introduction to humicsubstance in soil, sedimen, and awter :Geochemistry, isolation and characterisation,Wiley-Interscience, New York., 1985.

3. TAN.K.H., Soil Sampling,Preparation, and Analysis , MarcelDekker,Inc, New York, (1996).

4. Rice.,J., and Maccarthy.P, Isolation of huminby liquid-liquid partitioning., The science ofthe total environment., 81/82., p.61-63.,

Elsevier Science publishers., Amsterdam.,( 1989).

5. Hayes,M.H.B., Extraction of humic substancesfrom soil, Humic substance in soil, sedimentand water geochemistry, Isolation andcharacterization, Wiley-Interscience, NewYork, (1995).

6. Stevenson, F.J., " Humus Chemistry",Genesisi, Composition, Reaction, 2 En., JohnWiley and Soon., Inc.New york., (1982).

7. Hirano, T.S at all., The Physic-chemicalbehavior of radioactive cerium in seawater.,Radioactive contamination of the marine

environment., Proceeding of a symposiumSeattle, IAEA, Vienna, (1972).

8. Muzakky, AgusTaftazani, Sumining, Optimasireaksi tanah gambut dengan basa sodium padasistim catu., Prosiding PPI-PDIPTN P3TM­BATAN Yogyakarta, (2002).

TANYAJAWAB

Suparjono

Apa sudah dipejari solven selain MIBK.

Kenapa digunakan FTIR .

Muzakky

Sudah, tetapi effisiensinya kedl < 10%dan terjadi fase ke tiga

Ulltuk asam humat karakterisasillya yangterbaik hallya FTfR.

Heny Suseno

Untuk memperoleh asam humat yangdiidentifikasi menggunakan FTIR, apakahdata-data tersebut divalidasi menggunakan"standart reference material" ?

Muzakky

Penggunaall "stalldart referencematerial" sudah dilakukall dari SRM danIHSS

ladi kevalit{J1l11yadapat dipercaya.

Prosiding Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltian Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologi NukllrP3TM-BATAN Yogyakarta, 8 Jull 2003