Ekstraksi

Perpindahan zat terlarut antara dua fase yang tidak dapat bercampur merupakan suatu proses kesetimbangan yang diatur oleh hukum distribusi. Jika spesies zat terlarut A diperbolehkan untuk mendistribusikan dirinya di antara air dan suatu fase organik, kesetimbangan yang dihasilkan dapat dituliskan sebagai berikut:

Konstanta keseimbangan K dikenal sebagai konstanta distribusi. Umumnya, nilai numerik K mendekati rasio kelarutan zat A dalam masing-masing pelarut.

Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi konsentrasi analit yang tersisa di pelarut air saat dilakukan ekstraksi pelarut adalah sebagai berikut:

Kelarutan Analit:

Kelarutan analit dalam pelarut air akan memengaruhi seberapa efisien analit diekstraksi dari matriks ke pelarut. Analit yang lebih larut dalam pelarut air cenderung diekstraksi lebih efisien.

Sifat Kimia Analit:

Sifat-sifat kimia analit seperti polaritas, ukuran molekul, dan kestabilan kimia akan memengaruhi seberapa kuat analit berinteraksi dengan pelarut air dan matriks. Analit yang lebih polar mungkin lebih mudah diekstraksi ke dalam pelarut air.

Sifat Fisik Matriks:

Sifat fisik matriks seperti tekstur, porositas, dan komposisi kimia akan memengaruhi seberapa mudah analit dapat diakses dan diekstraksi dari matriks ke pelarut. Matriks yang padat dan kompak mungkin memerlukan waktu ekstraksi yang lebih lama.

Waktu Ekstraksi:

Waktu ekstraksi adalah faktor penting yang memengaruhi seberapa banyak analit yang dapat diekstraksi dari matriks ke pelarut. Waktu ekstraksi yang lebih lama cenderung meningkatkan konsentrasi analit dalam pelarut.

Suhu Ekstraksi:

Suhu ekstraksi dapat mempengaruhi laju ekstraksi dan kelarutan analit dalam pelarut air. Pada umumnya, peningkatan suhu dapat meningkatkan kelarutan analit dan laju ekstraksi.

Ukuran Partikel Matriks:

Ukuran partikel matriks juga dapat mempengaruhi efisiensi ekstraksi. Partikel yang lebih kecil mungkin memiliki luas permukaan yang lebih besar dan dapat memfasilitasi ekstraksi analit yang lebih baik.

pH Pelarut:

pH pelarut dapat memengaruhi ionisasi analit dan kelarutannya dalam pelarut air. Penyesuaian pH pelarut dapat meningkatkan efisiensi ekstraksi untuk beberapa analit tertentu.

Metode Ekstraksi:

Metode ekstraksi yang digunakan, seperti ekstraksi cair-cair, ekstraksi padat-cair, atau ekstraksi dengan menggunakan alat bantu seperti ultrasonik atau pengadukan, dapat mempengaruhi efisiensi ekstraksi dan konsentrasi analit dalam pelarut.

Pelarutan berulang dengan pelarut yang sama lebih efisien daripada ekstraksi tunggal, walaupun dengan volume yang lebih besar.

Persamaan di atas menggambarkan konsentrasi senyawa [A] yang tersisa setelah dilakukan ekstraksi berulang sebanya i dengan konsentrasi awal [A]0. Vaq dan Vorg masing-masing adalah volume pelarut air dan organik yang digunakan.

Kurva [A]i sebagai fungsi i digambarkan sebagaimana grafik berikut:

Dimana x adalah jumlah perulangan dan y adalah [A]i. Dari Grafik terlihat bahwa pengulangan sampai dengan 6 kali bisa mengekstrak lebih dari 90% analit.

Ekstraksi Spesies Anorganik

• Metode ekstraksi seringkali lebih menarik dibandingkan metode presipitasi untuk memisahkan spesies anorganik.
• Proses kesetimbangan dan pemisahan fase dalam corong pemisah kurang melelahkan dan memakan waktu dibandingkan dengan presipitasi, filtrasi, dan pencucian konvensional.

Banyak agen kelat organik yang merupakan asam lemah sehingga dapat bereaksi dengan ion logam untuk membentuk kompleks tak bermuatan yang sangat larut dalam pelarut organik seperti eter, hidrokarbon, keton, dan spesies klorinasi (seperti kloroform dan karbon tetraklorida).

Sebagian besar kelat logam tak bermuatan hampir tidak larut dalam air. Demikian pula, agen kelat itu sendiri seringkali larut dalam pelarut organik namun memiliki kelarutan rendah dalam air.

Gambar di bawah menunjukkan kesetimbangan yang terbentuk ketika larutan aquoeus dari kation logam divalen, seperti seng(II), diekstraksi dengan larutan organik yang mengandung 8-hidroksi kinolin berlebih.

Empat kesetimbangan ditunjukkan:

• Pada yang pertama, 8-hidroksi kinolin, HQ, didistribusikan antara lapisan organik dan akuas.
• Yang kedua adalah disosiasi asam dari HQ untuk memberikan ion H1 dan Q2 dalam larutan akuas.
• Kesetimbangan ketiga adalah reaksi pembentukan kompleks yang memberikan MQ2.
• Yang keempat adalah distribusi kelat antara dua pelarut.

Jika bukan karena kesetimbangan keempat, MQ2 akan mengendap dalam larutan aqueous.

Dengan demikian, rasio konsentrasi spesies logam dalam dua lapisan tersebut berbanding terbalik dengan kuadrat konsentrasi ion hidrogen dari larutan air.

Konstanta keseimbangan K bervariasi luas dari ion logam ke ion logam lainnya.

Perbedaan ini sering membuat mungkin untuk mengekstraksi secara selektif satu kation dari yang lain dengan menyeimbangkan larutan aquoeous pada tingkat di mana satu diekstraksi hampir sepenuhnya dan yang kedua tetap sebagian besar dalam fase air.

Ekstraksi Logam Klorida dan Nitrat

spesies anorganik dapat dipisahkan dengan ekstraksi menggunakni eter dari larutan asam klorida 6 M menyebabkan lebih dar lima puluh persen ion ditransfer ke fase orgnik, ,seperti besi(III), antimon(V), titanium(III), emas(III), molibdenum(VI), dan timah(IV). Ion lain, seperti aluminium(III) dan kation divalen kobalt, timbal, mangan, dan nikel, tidak diekstraksi..

Uranium(VI) dapat dipisahkan dari unsur-unsur seperti timbal dan torium dengan ekstraksi eter dari larutan yang mengandung asam nitrat 1,5 M yang dijenuhkan dengan nitrat ammonium. Timah hitam dan besi(III) juga diekstraksi sebagian dari medium ini.

Ekstraksi Fase Padat

Ekstraksi cair-cair memiliki beberapa keterbatasan
Dalam ekstraksi dari larutan cair, pelarut yang dapat digunakan harus tidak dapat bercampur dengan air dan tidak boleh membentuk emulsi.
. Kesulitan kedua adalah bahwa ekstraksi cair-cair menggunakan volume pelarut yang relatif besar, yang dapat menyebabkan masalah dalam pembuangan limbah. Selain itu, sebagian besar ekstraksi dilakukan secara manual, yang membuatnya agak lambat dan melelahkau langkah.

Ekstraksi cair-fasa padat (SPE), dapat mengatasi beberapa masalah ini. Teknik ekstraksi fase padat menggunakan membran atau kolom atau kartrid silinder.

Senyawa organik hidrofobik dilapisi atau diikat secara kimiawi pada silika bubuk untuk membentuk fase ekstraksi padat.

Senyawa-senyawa tersebut dapat tidak polar, sedang polar, atau polar.

Sebagai contoh, paket silika terikat oktadekil (C18) (ODS) mempunyai gugus fungsional yang terikat yang dapat menarik senyawa hidrofobik dalam sampel melalui interaksi van der Waals dan mengekstraknya dari larutan akuas.

Sistem kartrid untuk ekstraksi fase padat ditunjukkan dalam Gambar di bawah ini.

• Sampel ditempatkan di dalam kartrid dan tekanan diterapkan oleh jarum suntik atau dari saluran udara atau nitrogen.
• Atau, dapat digunakan vakum untuk menarik sampel melalui ekstraktan.
• Molekul-molekul organik kemudian diekstrak dari sampel dan dikonsentrasikan dalam fase padat.
• Senyawa tersebut kemudian dapat dikeluarkan dari fase padat dengan pelarut seperti metanol. Dengan mengekstrak komponen yang diinginkan dari volume air yang besar dan kemudian membersihkannya dengan volume pelarut yang kecil, komponen dapat dikonsentrasikan.

Metode prekonsentrasi seringkali diperlukan untuk metode analisis renik. Sebagai contoh, ekstraksi fase padat digunakan dalam menentukan konstituen organik dalam air minum oleh metode yang disetujui oleh Badan Perlindungan Lingkungan. Dalam beberapa prosedur ekstraksi fase padat, zat-zat pencemar diekstraksi ke dalam fase padat sementara senyawa-senyawa yang menarik melewati tanpa ditahan.

Selain kartrid yang terisi, ekstraksi fase padat dapat dilakukan dengan menggunakan membran kecil atau cakram ekstraksi. Ini memiliki keuntungan mengurangi waktu ekstraksi dan penggunaan pelarut. Ekstraksi fase padat juga dapat dilakukan dalam sistem aliran kontinu, yang dapat mengotomatisasi proses prekonsentrasi.

Teknik terkait, yang disebut mikroekstraksi fase padat, menggunakan serat silika terlebur yang dilapisi dengan polimer yang tidak mudah menguap untuk mengekstrak analit organik secara langsung dari sampel akuas atau dari ruang di atas sampel.

Analit berpartisi antara serat dan fase cair. Kemudian, analit didesorpsi secara termal di injektor pemanas kromatografi gas.

Serat ekstraksi dipasang dalam pemegang yang mirip dengan jarum suntik biasa. Teknik ini menggabungkan pengambilan sampel dan prekonsentrasi sampel dalam satu langkah.

Memisahkan Ion dengan Penukar Ion

Penukaran ion adalah proses di mana ion yang terikat pada padatan berpor, yang tidak larut, ditukar dengan ion dalam larutan yang berkontak dengan padatan tersebut.

Sifat-sifat penukaran ion dari tanah liat dan zeolit telan dipelajari selama lebih dari satu abad.

Resin penukar ion sintetis pertama kali diproduksi pada pertengahan tahun 1930-an dan sejak itu telah menemukan aplikasi luas dalam pelembut air, deionisasi air, penyucian larutan, dan pemisahan ion.

Resin Penukar Ion

Resin penukar ion sintetis adalah polimer berberat molekul tinggi yang mengandung sejumlah besar gugus fungsional ionik per molekul.

Resin penukar kation mengandung gugus asam, sementara resin penukar anion memiliki gugusbasar.an

Penukar tipe asam kuat memiliki gugus asam sulfonat (}SO3 2H1) yang melekat pada matriks polimer dan memiliki aplikasi yang lebih luas daripada penukar tipe asam lemah, yang tindakannya bergantung pada gugus asam karboksilat (}COOH).

Demikian pula, penukar anion tipe basa kuat mengandung gugus amina kuartener [}N(CH3)3 1OH2], sementara tipe basa lemah mengandung amina sekunder atau tersier.

Pertukaran kation diilustrasikan oleh keseimbangan

Eksperimen mengungkapkan bahwa ion polivalen jauh lebih kuat ditahan daripada spesies bermuatan tunggal.

Dalam suatu kelompok muatan tertentu, perbedaan antara nilai-nilai untuk K berkaitan dengan ukuran ion hidrasi serta sifat-sifat lainnya.

Oleh karena itu, untuk resin penukar kation sulfonat tipikal, nilai-nilai K untuk ion univalen menurun dalam urutan

Untuk kation divalen, urutannya adalah

Air keras adalah air yang kaya akan garam kalsium, magnesium, dan besi. Kation-kation dalam air keras bereaksi dengan anion-asam lemak dari sabun untuk membentuk garam-garam yang tidak larut yang dikenal sebagai kerak atau kerak sabun.