EKSTRAKSI FLUIDA SUPERKRITIS SFE Presentasi oleh Purwadi 20705010

EKSTRAKSI FLUIDA SUPERKRITIS (SFE) Presentasi oleh: Purwadi 20705010 METODE PEMISAHAN ANALITIK

SEJARAH (SFE): l l l l Thn 1822 : Fluida Superkritis ditemukan: Baron Cagniard de la Tour Thn 1879 : Hannay dan Hoggart mendemontrasikan kekuatan pelarutan (solvating power) dari etanol Superkritis Antara Th 1964 -1976: Zosel mematenkan Dekafeinasi pada Kopi dengan Teknik SFE Thn 1978 : Dekafeinasi tanaman diusahakan oleh Maxwell House Cofee Division dan dimulailah Penerapan SFE di dunia Industri Thn 1981 : Penggunaan Fluida Superkritik pada Analitik dimulai pada Kromatografi Fluida Superkritik (SFC) Kapiler oleh Novotny dkk. Thn 1980 -an : SFE mulai dikomersialisasikan Thn 1996 : EPA meyetujui dua metode SFE: Ekstraksi Total Petroleum Hidrokarbon (TPHs) dan untuk PAHs. Thn 1988 : EPA mengumumkan metode SFE untuk ekstraksi PCBs dan Pestisida Organoklorin (OCPs)

TEORI SFE l Memanfaatkan sifat fluida pada keadaan Superkritis untuk mengekstraksi bahan organik dari sampel padat l Fluida Superkritis: keadaan Fluida ketika berada pada temperatur dan Tekanan Superkritis

Tekanan Padat Cair Titik Kritis Fluida Superkritis Titik Tripel Gas Temperatur Diagram Fase Senyawa

Bahan Temperatur Tekanan Densitas Kritis (o. C) (atm) (103 kg/m 3) CO 2 31. 3 72. 9 0. 47 N 2 O 36. 5 72. 5 0. 45 SF 6 45. 5 37. 1 0. 74 NH 3 132. 5 112. 5 0. 24 H 2 O 374 227 0. 34 n-C 4 H 10 152 37. 5 0. 23 n-C 5 H 12 197 33. 3 0. 23 Xe 16. 6 58. 4 1. 10 CCl 2 F 2 112 40. 7 0. 56 CHF 3 25. 9 46. 9 0. 52 Parameter Kritis beberapa bahan

Keadaan Koefisien Difusi Densitas cm 2 s-1 g cm-3 Gas 10 -1 10 -3 10 -4 Cair 10 -6 1 10 -2 Fluida Superkritis 10 -3 0. 2 -0. 8 10 -4 Data Fisik zat pada berbagai keadaan Viskositas g cm-1 s-1

Fluida Superkritis: - Kekuatan Pelarutan Baik (seperti Cairan) Difusifitas Tinggi (Lebih baik dari Cairan) Viskositas Rendah Tegangan permukaan rendah (seperti gas) => Sehingga transfer masa cepat dan dapat menembus pori matriks

Ln (s) = a. D + b. T + c s = solubilitas (mol atau %berat) D = Densitas (g/ml) T = Temperatur (K) a, b, c = Konstanta

1. 8 1. 5 ε (CO 2) 322, 9 K ε ε (Ar) 298 K Konstanta dielektrik ε CO 2 dan Ar sebagai fungsi Tekanan 1. 0 0 0 1000 2000 Bar

1. 2 12 η 2. 4 D 11. φ 200 0. 6 φ (g. cm-3) 6 D 11. φ 104 (g. cm-1. s-1) η 104 (g. cm-1. s-1) φ 1. 2 400 (Bar) Densitas φ, Viskositas η, D 11. φ CO 2 pada Fungsi Tekanan pada 40 o. C (untuk D 11. φ pada 50 o. C)

Karbon Dioksida (CO 2) l Tc rendah (31 o. C) P, (73 atm) l Tidak Toksik l Tidak mudah Terbakar l Tersedia dalam kemurnian tinggi l Non Polar l Francis (1954): 261 komponen dapat larut di sekitar kritis CO 2

% Berat Trigliserida Pada SC-CO 2 4 80 o. C 3 60 o. C 70 o. C 50 o. C 2 40 o. C 1 Tekanan Ambang 200 300 400 500 600 atm Solubilitas Trigliserida Minyak Kedelai Pada Superkritis CO 2 pada Fungsi Tekanan dan Temperatur

21. 0 19. 0 Dihidrostrepomicin 17. 0 15. 0 13. 0 11. 0 9. 0 7. 0 Kloramfenikol Sulfamethazine Ivermectin Dimetridazole (CO 2 69, 0 MPa. 80 o. C) (CO 2 34, 5 MPa. 80 o. C) Skala Solubilitas untuk SC-CO 2 pada Tekanan Tertentu dengan Analit Campuran Obat

Temperatur (o. C) 100 80 60 40 60 70 80 90 100 Tekanan (atm) Tekanan Miscibilitas Malation pada SC-CO 2 sebagai fungsi Temperatur dan Tekanan (diuji dengan SFC-NPD)

CO 2 Sebagai fluida utama untuk SFE Untuk ekstraksi non dan semi polar - Jelek untuk ekstraksi senyawa polar - Kekuatan pelarutan mampu memecah ikatan solut – matriks - Untuk meningkatkan efisiensi ekstraksi dapat ditambahkan pelarut organik (1 -10%) disebut Modifier -

Ekstraksi Senyawa Polar: l Pelarut Superkritis N 2 O dan CHCl. F 2 l Lebih efisien untuk senyawa polar l Tidak baik untuk alasan lingkungan

Modifier yang sering dipakai untuk Superkritis CO 2 l Oksigen berisi Metanol, isopropil alkohol, aseton, THF l Nitrogen berisi: Acetonitril l Sulfur berisi : CS 2, SO 2, SF 6 l Hidrokarbon dan senyawa organik terhalogenasi: Hexan, Toluena, Metilen Klorida, Kloroform, Karbon tetraklorida, trikloroflorometan l Asam: Asam Format

POMPA Oven POMPA Sel Ekstraksi Restriktor Superkritis CO 2 Modifier Bagan sistem Ekstraksi Fluida Superkritik Kolektor

Kondisi Ekstraksi Fluida Superkritis - Pompa : Laju alir konstan (> 2 m. L/mnt) Tekanan 3500 -1000 psi - Untuk menjaga CO 2 tetap cair kepala pompa didinginkan dengan bak sirkulasi - Modifier dapat juga dicampur langsung dengan CO 2

Sel ekstraksi biasanya dari stainless steel, PEEK (Polieter keton) - Restriktor: untuk mengontrol tekanan - Ekstrak dikumpulkan dengan menurunkan tekanan fluida kepada sorben: perangkap atau pelarut kolektor - Trap dipilih yang selektif dan dapat didinginkan untuk menurunkan tingkat kehilangan analit -

l Pelarut kolektor dipilih yang sesuai dan sesuai pula untuk pengerjaan selanjutnya Tetrakloroetena => IR Metilen Klorida => Pemisahan GC

Efek matriks terhadap Kinetika Ekstraksi: Aliran SF 2 3 4 1 Matrik Sampel 1. Difusi ke luar matriks 2. Desorbsi dari Permukaan 3. Difusi ke luar Fluida Superkritis dari film permukaan 4. Bergerak dalam aliran Fluida Superkritis

Contoh Aplikasi SFE Analit Pestisida Organoklorin Pestisida Karbamat 10 residu Herbisida Triazine As. Aromatis, Fenol, Pestisida Vitamin A dan E Vitamin D 2 dan D 3 p-Aminobenzoat, cinamat (penyerap UV) Lanolin Matriks Tumbuhan Obat China Kertas Saring, matriks Silika Gel Telor Tanah Susu bubuk Produk Farmasi Produk Kosmetika Serat Wool

Pustaka - Kou, Dawen dan Mitra, Somenath. Extraction of Organic Compounds from Solid Matrices. New Jersey. John Willey and Sons. 2003 - Wenclawiak, Bernd (Editor). Analysis with Supercritical Fluid: Extaction and Chromatography. Springer Laboratory. Germany. 1992

Terima kasih