kimia

Bagaimana Kromatografi Bekerja dalam Mendeteksi Ion
Oleh Muhammad Amin

Pendeteksian kation (Na+, NH4+, K+, Mg2+, dan Ca2+)
dan/atau anion (Cl-, NO3-, dan SO42-) anorganik yang
umum yang terdapat dalam sampel air alam (natural
water samples) seperti air hujan, air danau, air
permukaan tanah, air kolam, air sungai serta jenis air
alam lainnya, menjadi penting dilakukan secara
berkelanjutan�untuk terus mengevaluasi dan memonitor
kualitas air alam�tersebut. Ini dikarenakan
bahwa�sehat dan sakitnya�manusia�bergantung pada
kualitas air ini sebagai salah satu kebutuhan primer
hidup manusia. Dengan mengetahui secara dini, maka
gejala penyakit akibat kualitas air yang buruk dapat
dicegah secara dini pula. Termasuk di dalamnya
adalah�terkontaminasi atau tidaknya air, perlu
mendapat kepastian [1-9].

Kebutuhan untuk pendeteksian anion dan kation dalam
berbagai sampel air lingkungan semakin pesat seiring
dengan meningkatnya masalah lingkungan (environmental
problems) dan saatnya dibutuhkan metode analisis yang
tepat, cepat, sederhana (simple) dan dapat memberikan
data analisis yang akurat.

Deteksi ion ini juga telah menjadi salah satu kajian
ilmu yang menarik, apalagi di dalamnya ada unsur
"seni". Dikarenakan di samping�ada tuntutan�untuk
mengembangkan metode analisis ke metode�yang lebih
baik juga karena sasaran utamanya adalah kualitas
lingkungan, sehingga kita dapat "puas" dengan
mengetahui kondisi riil lingkungan sekitar kita.

Teknik analisis konvensional�

Selama bertahun-tahun lamanya, para pekerja
laboratorium menentukan logam/ion dengan hanya
menggunakan teknik konvensional yang sudah lama
berkembang. Beberapa di antaranya seperti metode
spektrometri atom (atomic spectroscopy method), baik
yang bersifat serapan maupun emisi. Teknik analisis
ini bekerja efektif dalam penentuan konsentrasi
ion-ion logam dalam level pengukuran yang kecil dalam
sebuah sampel. Sistem ini mengandalkan nyala api
(flame) yang berfungsi sebagai alat penyemprot
(atomizer).

Demikian halnya pada teknik analisis seperti Ion
Selective Electrodes, Neutron Activation Analysis, dan
lain-lain. Ada lagi teknik analisis logam/ion yang
klasik (furui) yang biasa dikenal seperti gravimetri,
titrasi, turbidimetri, kolorimetri, dan lain-lain.
Namun�semua teknik ini, baik yang konvensional
maupun klasik mempunyai pendeteksian yang terbatas
(limited detection) serta membutuhkan waktu yang lama
untuk menentukan konsentrasi suatu ion tertentu dalam
sampel. Dikatakan lama karena pendeteksiannya dengan
sistem per ion/logam. Lebih daripada itu, penggunaan
metode ini memberikan keakuratan hasil analisis yang
rendah.

Analisis menggunakan kromatogafi ion

Kromatografi ion, yang merupakan salah satu bagian
dari bidang ilmu kromatografi adalah sebuah teknik
analisis yang sekarang ini menjadi sangat populer dan
"terbaru" serta telah digunakan di banyak bidang
pengetahuan sebagai teknik dasar untuk memisahkan dan
menentukan anion dan/atau kation.�Penggunaan dari
teknik ini banyak diaplikasikan dalam menganalisis di
sejumlah jenis sampel air alam sebagai bentuk
monitoring terhadap kondisi lingkungan sekitar.

Lebih dari 3 dekade lamanya, tepatnya 1975, penggunaan
metode analisis kromatografi ion berkembang pesat
sejak kali pertama�diperkenalkan oleh Hamish Small
dan timnya. Small bersama timnya berhasil mendeteksi
dan memisahkan sejumlah kation seperti kation logam
alkali (alkali metal) seperti : Li+, Na+, K+, Rb+,
Cs+) kemudian mengaplikasinnya dalam sampel air
kencing manusia (human urine), serum darah anjing
(dog's blood serum) serta beberapa sampel minuman jus
(orange and grape juices). Mereka menggunakan kolom
pemisah sebagai fase diam (stationary phase) yang di
dalamnya diisi resin (resin-H+ dan resin-OH-).

Sementara untuk eluent sebagai fase gerak (mobile
phase) digunakan HCl. Beberapa resin�lain juga
dicobakannya antara lain resin-Ag+, resin-Cu2+,
resin-Cl- dan sejumlah resin lainnya. Hasil
penemuannya ini kemudian dipublikasikannya di salah
satu jurnal bergensi untuk bidang kimia analitik,
Anal. Chem. 47 (1975) 1801,�pada September
1975.�Terpublikasinya hasil penelitian mereka ini di
jurnal tingkat Internasional menandai dimulainya era
baru teknik kromatografi ion[1].

Kendala klasik yang dihadapi kromatografer

Secara umum, anion dan kation selalu dipisahkan dan
dideteksi secara terpisah dengan menggunakan sistem
analisis yang terpisah (different systems) pula.
Padahal sangat penting dilakukan pendeteksian secara
serempak (simultaneous) antara anion dan kation
dalam�sekali injek (injection) untuk sebuah sampel.
Beberapa kelebihan di antaranya dapat menekan biaya
operasional (operational cost), memperkecil jumlah
limbah (waste) saat analisis berlangsung, memperpendek
waktu analisis (short time analysis) serta dapat
memaksimalkan hasil yang diinginkan.

Banyak metode yang telah dicoba untuk dikembangkan
oleh para kromatografer (para penggemar kromatografi),
di antaranya dengan berdasarkan
ion-exclusion/cation-exchange column sebagaimana yang
telah dilakukan oleh Mori dan grupnya[3].
Dalam�metode ini,�kolom pemisah yang dipakai hanya
satu buah untuk menentukan anion dan kation sekaligus.
Namun pangaplikasian metode ini sangat terbatas di
sejumlah kecil dari anion dan/atau kation saja.
Keterbatasan itu, manakala jumlah anion dan kation
yang umum (common inorganic anions and cations) yang
biasa muncul dalam sampel air alam bertambah banyak,
maka sistem ini tidak cocok lagi.

Ada juga teknik analisis lain yang menggunakan
gabungan dua buah kolom pemisah (kolom pemisah kation
dan kolom pemisah anion) dengan menyusunnya secara
seri atau paralel [5][6]. Namun pendekatan ini punya
titik kritis karena ada kemungkinan waktu yang
dibutukan sebuah puncak yang biasa dikenal retention
time (tR), baik puncak kation (cation peaks) maupun
puncak anion (anion peaks) akan tumpang-tindih
(overlap) satu sama lain. Pendekatan inipun� menjadi
tidak bisa menjanjikan hasil yang maksimal. Sehingga
bisa dipastikan bahwa metode-metode alternatif di atas
tidak efektif, tidak efisien dan punya sejumlah
kelemahan.

Komponen dasar kromatografi ion

Penulis pun sampai saat ini terus mengonsentrasikan
diri dalam pengembangan metode analisis dalam
kromatografi ion serta pengaplikasiannya dalam
berbagai sampel air [7-9]. Beberapa metode penulis di
antaranya pernah mendapatkan apresiasi dari salah satu
grup pemerhati pemisahan ion [10].

Gambar 1 memperlihatkan rangkaian alat atau komponen
dasar yang biasa dipakai dalam teknik kromatografi
ion, yang terdiri atas: 1. Eluent, yang berfungsi
sebagai fase gerak yang akan membawa sampel tersebut
masuk ke dalam kolom pemisah; 2. Pompa, yang berfungsi
untuk mendorong eluent dan sampel tersebut masuk ke
dalam kolom. Kecepatan alir ini dapat dikontrol dan
perbedaan kecepatan bisa mengakibatkan perbedaan
hasil; 3. Injektor, tempat memasukkan sampel dan
kemudian sampel dapat didistribusikan masuk ke dalam
kolom; 4.� Kolom pemisah ion, berfungsi untuk
memisahkan ion-ion yang ada dalam sampel. Keterpaduan
antara kolom dan eluent bisa memberikan hasil/puncak
yang maksimal, begitu pun sebaliknya, jika tidak ada
"kecocokan", maka tidak akan memunculkan puncak; 5.
Detektor, yang berfungsi membaca ion yang lewat ke
dalam detektor; 6. Rekorder data, berfungsi untuk
merekam dan mengolah data yang masuk.�

Gambar 1. Rangkaian dasar komponen kromatografi

Gambar 2 menunjukkan dua buah kolom; kolom pemisah
kation dan kolom pemisah anion. Kolom pemisah inilah
yang menjadi inti dalam teknik pemisahan kromatografi
ion. Benda inilah yang bisa memisahkan ion-ion
tersebut ketika sampel dialirkan/dilewatkan ke
dalamnya, sehingga puncak yang keluar/muncul�secara
bergantian dan berurutan. Bisa diibaratkan dalam tubuh
manusia bahwa kolom ini adalah sebagai jantung pada
manusia, sehingga tanpa jantung, manusia tidak bisa
hidup. Demikian halnya pada teknik ini, tanpa adanya
kolom pemisah, maka tidak akan mungkin terjadi
pemisahan ion.

Gambar 2. Dua buah kolom pemisah kation dan anion

Bahan bacaan :

[1]. H. Small, T. S. Stevens, W. C. Bauman, Anal.
Chem. 47 (1975) 1801.
[2]. J. Weiss, Ion chromatography, 2nd ed., VCH,
Weinheim (1995)
[3]. M. Mori, K. Tanaka, M. I. H. Helaleh, Q. Xu, M.
Ikedo, Y. Ogura, S. Sato, J. Chromatogr. A 997 (2003)
219.
[4]. R. Saari-Nordhaus, J. M. Anderson, Jr., J.
Chromatogr. 549 (1991) 257.
[5]. R. Saari-Nordhaus, L. Nair, J. M. Anderson, Jr.,
J. Chromatogr. 602 (1992) 127.
[6]. K. J. B. A. Karim, J.-Y. Jin, T. Takeuchi, J.
Chromatogr. A 995 (2003) 153.
[7]. M Amin, L. W. Lim, T. Takeuchi, Anal. Bioanal.
Chem. 381 (2005) 1426.
[8]. M. Amin, L. W. Lim, T. Takeuchi, Anal. Bioanal.
Chem., 384 (2006) 839.
[9]. M. Amin, L. W. Lim, T. Takeuchi, Talanta, 71
(2007) 1470.
[10].
http://www.separationsnow.com/coi/cda/detail.cda?id=12044&type=Feature&chId=5&page=1
Muhammad Amin, Peneliti ISTECS-Japan. Kandidat Doktor
di Department of Chemistry, Faculty of Engineering,
Gifu University, Gifu, Japan. E-mail: me[at]m-amin.com

________________________________________________________
Bergabunglah dengan orang-orang yang berwawasan, di di bidang Anda! Kunjungi Yahoo! Answers saat ini juga di http://id.answers.yahoo.com/