Resin Penukar Ion
Kromatografi penukar ion merupakan bidang khusus kromatografi cairan-cairan. Seperti namanya, sistem ini khusus digunakan untuk spesies ion. Penukar ion yang lebih disukai adalah biasanya material buatan yang dikenal sebagai resin penukar ion (Underwood., 1986).
Penukar ion adalah zat yang tidak kontak dengan larutan elektroit akan mengambil ion bermuatan positif atau negatif dan sebagai gantinya akan melepaskan sejumlah ekuivalen kation atau anion lain yaitu ion dengan tanda muatan yang sama. Pertukaran ion sendiri secara umum diartikan sebagai pertukaran dari ionion yang memiliki muatan yang sama, antara suatu larutan dan padatan secara sangat tidak dapat larut, harus mengandung ion-ion miliknya sendiri. Agar pertukaran dapat berlangsung secara cepat dan ekstensif sehingga mempunyai nilai praktis, zat padat tersebut harus mempunyai struktur molekul yang terbuka dan dapat ditembus (permiable) sehingga ion-ion dan molekul-molekul pelarut dapat bergerak keluar masuk dengan bebas . Resin penukar ion dilakukan dengan fasa diam yang mempunyai gugus fungsi bermuatan. Pemisahan pertukaran ion sederhana berdasarkan perbedaan kekuatan interaksi ion terlarut dengan resin, jika senyawa terlarut berinteraksi lemah dengan adanya ion fasa gerak, ion terlarut keluar awal pada kromatogram sedangkan senyawa terlarut yang berinteraksi kuat dengan resin berarti lebih kuat terikat dan keluar belakangan (Sudjadi, 1988).
Pertukaran kation akan menukar ion bermuatan positif, penukaran anion akan menukar ion negatif. Keduanya merupakan zat yang bermolekul tinggi dengan gugus aktif yang dapat dilakukan, yang terkompensasi dengan ion lawan sesuai yang dapat bergerak. Penukar kation terdiri dari matrik polianion tiga dimensi dengan kation yang bebas bergerak, penukar anion sesuai dengan itu terdiri dari matriks polikation dengan anion yang bebas bergerak. Semua pertukaran ion yang bernilai dalam analisis (proses penentuan adanya unsur atau kuantitas tiap unsur), memiliki beberapa kesamaan sifat, yaitu hampir tidak larut dalam air atau dalam pelarut organik dan mengandung ion-ion aktif atau ion-ion lawan yang bertukar secara reversible (mampu bergerak ke arah yang berlawanan) dengan ion-ion lain dalam larutan yang mengelilinginya, tanpa disertai terjadinya perubahan-perubahan fisika yang berarti dalam bahan tersebut. Pertukaran ion ini bersifat kompleks dan sesungguhnya adalah polimetrik. Polimer ini membawa suatu muatan listrik yang dapat dinetralkan oleh muatanmuatan pada ion-ion lawannya (ion aktif). Ion-ion aktif ini berupa kation-kation dalam suatu penukar kation dan berupa anion-anion dalam penukar anion (Khopkar, 1990).
Macam-macam Resin Penukar Ion
Berdasarkan pada keberadaan gugusan labilnya; resin penukar ion dapat secara luas diklafikasikan dalam empat golongan yaitu :
a. Resin penukar kation bersifat asam kuat (mengandung gugusan HSO3).
b. Resin penukar kation bersifat asam lemah (mengandung gugusan -COOH).
c. Resin penukar anion bersifat basa kuat (mengandung gugusan amina tersier atau kuarterner).
d. Resin penukar anion bersifat asam lemah (mengandung gugusan -OH sebagai gugusan labil), (James. E. Brady, 1976).
Beberapa substituen (suatu atom atau gugus atom yang melekat pada suatu molekul sebagai pengganti atom lain) ionik yang digunakan pada penukar ion diantaranya yaitu penukar kation bersifat asam kuat mengandung gugus asam sulfonat, sedangkan substituen asam fosfat digunakan sebagai penukar ion bersifat asam agak kuat. Penukar kation bersifat asam lemah menggunakan gugus fungsi asam karboksilat. Penukar anion bersifat basa kuat menggunakan gugus tetraalkilamonium untuk interaksi ionik, sedangkan penukar anion bersifat basa lemah mengandung gugus tertieramina. Untuk tujuan tertentu digunakan penukar
ion dengan suatu kombinasi gugus fungsi (Sudjadi, 1988).
Kapasitas bahan penukar ion ditentukan oleh kadar gugus ionik terukur dalam stukturnya. Kapasitas penukar ion merupakan fungsi pH. Pada pH rendah, ionisasi dari resin asam dihambat dan kapasitas penukarannya berkurang. Pada ionisasi penukar ion bersifat basa akan dihambat pada pH tinggi, menyebabkan pengurangan kapasitas penukaran dari resin itu. Penukar kation bersifat asam kuat mempunyai kapasitas penggunaan diatas pH 2, penukar kation bersifat asam lemah mempunyai kapasitas perubahan hanya diatas pH 8, penukar anion bersifat basa kuat digunakan dibawah pH 10, dan penukar anion bersifat basa lemah digunakan dibawah pH 6 (Sudjadi, 1988).
Kebanyakan pemisahan resin penukar ion dilakukan dalam media air sebab sifat ionisasi dari air. Resin penukar ion dengan fasa gerak media air, retensi puncak dipengaruhi oleh kadar garam total atau kekuatan ionik dan oleh pH fasa gerak. Kenaikan kadar garam dalam fasa gerak menurunkan retensi senyawa cuplikan. Hal ini disebabkan oleh penurunan kemampuan ion cuplikan bersaing dengan ion fasa gerak untuk gugus penukar ion pada resin. Resin didalam kolom akan rusak jika tidak terendam larutan atau air. Perlu diketahui bahwa air murni yang digunakan dalam laboratorium ini bukan aquades (air suling) melainkan aqua demineralisasi (aqua-dm) ialah air yang bebas dari anion. Air ini diperoleh dengan cara mengalirkan air kran melalui resin penukar ion, jadi bebas ion-ion (Sutrisno, 2009).
Mekanisme Penukar Ion
Berbagai teori telah dicoba dikemukakan dalam usaha untuk menjelaskan mekanisme pertukaran yang dapat dikelompokan dalam tiga bagian yaitu :
a. Pertukaran kisi kristal, pada teori kisi kristal, Pauling dan Bragg menggambarkan suatu analogi antara resin penukar ion dan zat padat ionik. Pada zat padat ionik penyusun kisi kristal berupa ion-ion bukan molekul. Mekanisme pertukaran ion dalam resin meskipun nonkristalin adalah sangat mirip dengan pertukaran kisi kristal. Resi adalah polimer tidak larut dengan berat molekul tinggi yaitu elektrolit.
b. Lapisan rangkap, pada teori lapisan rangkap sifat elektronika suatu koloid telah dikembangkan pada sistem penukar ion untuk menginterprestasikan berbagai faktor yang bersangkutan dengannya. Menurut Gouy dan Stern, lapisan rangkap terdiri atas lapisan dalam yang tetap serta lapisna muatan luar yang mudah bergerak dan menghambur. Lapisan-lapisan muatan berasal dari ion-ion yang terabsopsi dan ion-ion tersebut berbeda dengan ion-ion yang terdapat pada lapisan bagian dalam. Lapisan ion ini berpengaruh terhadap sifat elektrokinetika sistem koloid. Konsentrasi dari ion-ion pada lapisan luar yang menghambur berhubungan dengan konsentrasi dan pH luar.
c. Membran Donnan, teori membran Donnan berhubungan dengan distribusi tidak serasi ion-ion pada kedua sisi membran. Satu sisi mengandung elektrolit yang ion-ionnya tidak dapat menembus melalui membran. Pada kesetimbangan pertukaran ion bidang batas antara fase cair dan padat dianggap sebagai membran. Ion yang tidak dapat berdifusi adalah benang benang koloid yang mengikat ion-ion yang dapat bertukar (Khopkar,1990).
Faktor-faktor yang Penukar Ion
Beberapa faktor yang harus dipenuhi dalam resin penukar ion yaitu : (1) Partikel yang sama dengan bahan terobosan relatif kecil, (2) Stabilitas mekanik yang tinggi, (3) Tidak larut dalam air dan pelarut yang digunakan, (4) Tahan terhadap asam dan basa yang mengoksidasi, (5) Tahan terhadap panas, (6) Tidak mempunyai daya adsorpsi terhadap ion lawan yang bergerak bebas, (7) Dapat diregenerasi, dan (8) Kapasitas penukar dan aktifitas penukar sudah tertentu (SM Khopkar, 1990).
Kapsaitas penukaran merupakan ukuran keseluruhan gugus yang terlibat pada proses penukaran per gram penukaran ion. Harga ini memberikan jumlah yang dibutuhkan untuk perubahan suatu penukar anion dinyatakan dalam jumlah ekivalen dalam mol, yang diikat oleh satu gram penukar ion (SM Khopkar, 1990). Faktor yang mempengaruhi kapasitas penukaran adalah koefisien distribusi ditentukan oleh perbandingan antara aktifitas spesies-spesies pada fase resin dan dalam larutan serta pengenceran pada larutan mempunyai sedikit pengaruh koefisien selektifitas asalkan tidak ada hidrolisis ataupun kesetimbangan kompleks. Koefisien selektifitas dapat berubah karena berbagai sebab antara lain konsetrasi total ion-ion dalam fase reda selektifitas, struktur kimia dan matriks resin, koefisien aktifitas pada kedua fase, dan konsentrasi total logam pada fase resin (SM Khopkar, 1990).
Segi yang bermakna dari penukar ion adalah tentunya hal selektivitasnya, yaitu harga-harga dari perbandingan konsentrasi ion dalam mesin dengan konsentrasi ion yang sama dalam larutan berbeda untuk berbagai ion, dan karenanya pemisahan dapat dilaksanakan dengan penukar ion. Tanda dari muatan suatu ion tertentu penting dalam hal selektivitas. Suatu kation tidak dapat ikut serta dalan penukaran pada resinn penukar anion begitupun sebaliknya. Dengan ion yang sama, resin masih juga menunjukkan selektivitas (Sudjadi, 1988). Perubahan suhu biasanya tidak digunakan sebagai langkah utama untuk menaikkan pemisahan karena pengaruh suhu pada selektivitas pemisahan penukaran ion sulit diramal. Faktor yang penting dalam resin penukar ion adalah jari-jari ion, makin kecil suatu ion dengan muatan tertentu maka semakin kuat diikat oleh resin (Sudjadi, 1988).
DAFTAR PUSTAKA
Day, dan Underwood.1989. Analisa Kimia Kuantitatif. Jakarta: Erlangga.
Khopkar. S.M. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta: UI
Brady E, James 1994. Kimia Universitas Asas dan struktur, Jilid 1 Edisi kelima. Jakarta.
Sudjadi, 1988. Metode Pemisahan. Universitas Gajah Mada: Kanisius Yogyakarta.
Sutrisno, Ela Tumala. 2009.Penuntun Praktikum Kimia Dasar. Bandung: UNPAS.
