.

1. AULIA NOVA KUSUMANINGTYAS 1906338365
SARASWATI RAMADHANI PRIYONO 1906338522
ATIKA MUTIARA SARI 1906408693

2. ATIKA MUTIARA SARI 1906408693

3.  Kromatografi penukar ion (ion
exchange) : proses pemisahan
senyawa berdasarkan
pertukaran/penyerapan ion antara fase
gerak dengan ion pada fase diam,
berdasarkan perbedaan nilai muatan
permukaan antar senyawa

4.  Prinsip pemisahan : perbedaan kecepatan
migrasi ion-ion di dalam kolom penukar ion.
Proses pertukaran ion dengan pembebanan ion
pada kolom penukar ion, ion akan terikat dalam
resin dan dialiri eluen
 Kation exchange
Solid-H+ + M+ Solid-M+ + H+
(solution) (solution)
 Anion exchange
Solid-OH- + A- Solid-A- + OH-
(solution) (solution)

5. Contoh reaksi pertukaran ion
 Pengambilan ion Ca2+, Fe2+, Mg2+ dari
air yang ditukar dengan ion sodium Na+
dari resin (proses pelunakan air di
rumah)
 Pemurnian air
 Pemekatan larutan
 Pemisahan logam
 Penyisihan amoniak
 Pengolahan radio aktif
tingkat tinggi dan rendah

6.  Pada proses softening air, pertukaran ion terjadi pada saat air dengan
kandungan ion kalsium (Ca2+) dan magnesium (Mg2+) melewati gugusan resin
kation. Pada awalnya molekul resin mengikat lemah ion sodium (Na+), dan
karena ion molekul resin memiliki gaya tarik-menarik yang lebih kuat dengan ion
kalsium dan magnesium, maka terjadilah proses pertukaran ion. Molekul resin
melepas ion sodium ke dalam air, diikuti dengan pengikatan ion kalsium dan
magnesium ke molekul resin
 Sedikit berbeda dengan proses demineralisasi air, pada ujung rangkaian, molekul
resin berikatan dengan ion H+ dan OH–. Pada saat air melewati gugusan resin,
akan terjadi pengikatan ion-ion mineral yang terlarut di dalam air karena molekul
resin memiliki gaya tarik-menarik lebih besar dengan ion molekul daripada ion H+
dan OH–. Jika R, K2+, dan A2- adalah berturut-turut molekul ion resin, ion mineral
positif, dan ion mineral negatif. Nampak pada reaksi di atas bahwa pada proses
demineralisasi air, resin akan mengikat ion-ion mineral dan melepas ion-ion H+
dan OH–. Selanjutnya ion-ion tersebut akan salin berikatan untuk membentuk
molekul H2O baru.
 pada proses softening air dibutuhkan larutan garam NaCl pekat yang dialirkan
melewati resin. pada proses demineralisasi digunakan larutan asam kuat seperti
H2SO4 dan juga larutan basa kuat seperti NaOH untuk meregenerasi resin
demineralisasi air

7. Penukar ion
 Resin penukar ion
 Zeolit
 Clay
 Tanah humus
 Monmorilonit

8. Resin penukar ion
Ion exchange chromatography and its applications, Ozlem Bahadir A,

9. Tahapan ion exchange separation

10. Ion exchange chromatography, principle methode. GE Health care

11. Tahapan ion exchange separation
 Equilibration : dengan menetapkan fase stasioner yang
diinginkan. Ketika kesetimbangan tercapai semua fase
stasioner akan terikat dengan ion counter (klorida dan
natrium). pH dan kekuatan ion buffer awal dipilh untuk
memastikan sample dimuat, protein akan menarik dan
mengikat medium dan partikel lain yang tidak terikat.
 Aplikasi sample dan pencucian : tujuannya adalah untuk
mengikat target molekul dan mencuci semua bahan yang
tidak terikat. Buffer sample harus memiliki pH yang sama
dan kekuatan ion sebagai penyangga awal untuk
mengikat semua protein target yang terisi. Protein yang
tidak bermuatan atau yang bermuatan sama dengan
gugus ionik melewati kolom pada kecepatan yang sama
dengan aliran buffer, elusi tergantung pada total volume
sample.

12.  Elusi : sample dimuat dan dicuci dengan
start buffer sehingga kondisi diubah
untuk mengelusi protein terikat. Protein
dielusi dengan meningkatkan kekuatan
ionik (garam konsentrasi) buffer atau
dengan mengubah pH. Kekuatan ion
meningkat Na+/Cl- bersaing dengan
komponen terikat pada permukaan
medium mulai mengelusi dan bergerak
ke bawah kolom. Semakin tinggi muatan
protein kekuatan ion yang dibutuhkan
untuk elusi semakin tinggi.

13.  Regenerasi : pencucian akhir dengan buffer
ionik tinggi yang meregenerasi kolom dan
menghilangkan molekul yang masih terikat.
Kolom disetimbangkan kembali dengan start
buffer sebelum memulai proses selanjutnya.

14. analit masuk ke kolom ion exchange, akan berikatan
dengan situs ionik yang bermuatan berlawanan pada
fase stasioner dengan gaya Coulombic. Hukum
Coloumb, dimana interaksi ion dalam zat terlarut dan
ligan yang bermuatan berlawanan pada matriks
disebabkan gaya elektrostatik.
f = q1q2 / εr2
f : Interaksi gaya elektrostatik
q1q2 : muatan pada ion
ε : konstanta dielektrik media
r : jarak antar muatan
Mekanisme pertukaran anion dan kation

15.  Jika muatan pada kedua ion sama maka
gaya tolak, tetapi jika muatan kedua ion
berbeda maka akan saling menarik.
Saat ikatan ion meningkat dan ketika
konstanta dielektrik menurun maka
interaksi akan meningkat.

16. Komponen ion exchange chromatography
Ion exchange chromatography and its applications, Ozlem Bahadir A,
 Pompa tekana
tinggi dengan
indikator tekanan
dan aliran untuk
menghasilkan
eluen
 Injektor untuk
memasukkan
sampel ke aliran
eluen dan ke
kolom
 Kolom untuk
memisahkan
campuran sample
ke dalam masing-
masing komponen
 Oven (opsional)
 Detektor untuk
mengukur puncak
analit sebagai
eluen dari kolom
 Sistem data untuk
mengumpulkan
dan mengatur
kromatogram dan
data

17. Faktor yang mempengaruhi pertukaran ion
 pH
 Kecepatan alir
 Konsentrasi ion terlarut
 Tinggi / jumlah media penukar ion
 Suhu

18. Tipe ion yang dapat diikat ke penukar ion
 H+ (proton) dan OH- (hidroksida)
 Ion monoatomik bermuatan tunggal (Na+, K+
atau Cl-)
 Ion monoatomik bermuatan dua (Ca2+ atau
Mg2+)
 Ion anorganik poliatomik (SO4
2- atau PO4
3-)
 Basa organik (molekul yang mengandung
gugus fungsi amino –NR2H+)
 Asam organik (molekul yang mengandung
gugus fungsi COO-/asam karboksilat)
 Biomolekul yang dapat diionisasi (asam
amino, protein)

19. Penggunaan
 Pemurnian : pembebasan ion yang
berasal dari garam dalam air. (aqua
deminelarization)
 Pemekatan (pemekatan unsur renik air
laut)
 Pemisahan analitik (pemisahan anion
dan ion logam alkali dan alkali tanah)

20. Keuntungan
 Waktu pengerjaan relatif singkat
 Memberikan hasil yang reproducible
 Menghasilkan bentuk peak yang tajam
 Dapat langsung memperoleh hasil
pemisahan analit terionisasi dan tidak
terionisasi
 Pemilihan zat tambahan (berupa
reagen tau larutan buffer) lebih
beragam untuk meningkatkan proses
pemisahan. Kemurnian 4at tambahan
pada eluen
mempengaruhireprodusibilitas dan
keakuratan hasil percobaan.
 Jika dibandingkan dengan kromatograti
cair, teknik ini mempunyai kelebihan
untuk medukung pemisahan spesies
ion dan molekul
 Dapat memisahkan senyawa ionik dan
non ionik dalam sampel yang sama
Kerugian
 Larutan ionik seringkali
bersifat korosif dan
mengakibatkan kolom
tidak bertahan lama
 Beberapa larutan ionik
mengabsorbsi pada
panjang gelombang UV
tetapi membatasidetektor
UV
 Bahan berdasar silika
terbatas pada pH di
bawah 7,5
 Fase gerak tidak boleh
dibiarkan semalaman
tetapi diganti dengan air

21. Aulia Nova
Kusumaningtyas

22. Pendahuluan
 Arsen adalah salah satu unsur yang paling banyak di bumi. Dalam beberapa senyawa, Arsen bersifat
karsinogenik. Dan paparan kronis Arsen dalam kadar tertentu dapat menyebabkan kanker paru, kulit,
kandung kemih, hipertensi dan gangguan kardiovaskular.
 Toksisitas dan bioavailabilitas Arsen tergantung pada sifatnya bentuk kimia. Sebagian besar kasus
keracunan Arsen kronis disebabkan oleh konsumsi Arsen anorganik, arsenit (As (III)) dan arsenate (As (V))
 Dalam tubuh, Arsen anorganik dimetabolisme menjadi beberapa senyawa dan diduga lebih beracun
daripada senyawa awal. Oleh karena itu, diperlukan evaluasi paparan Arsen dan metabolitnya dalam tubuh
dengan mengembangkan metode analisis yang sensitif.
 Dalam penelitian ini, dilakukan determinasi Arsen dalam urin dengan mengembangkan metode analisis
menggunakan kolom ion exchange (Anion-Kation) tandem ICP-MS

23. Alat dan Bahan
 Air Deionisasi
 Na meta-arsenit (As (III)); Na arsenat
(As(V)); MMA (V); DMV (V); MMA (III); DMA
(III)
 NIST SRM 2670a, Gaithers-burg, MD, USA)
 NaOH dan Asam Nitrat
 Acrodisc 0.45m syringe filter (Pall
Corporation, East Hills, NY, USA),

24. Instrumentasi
 IC Separation, Dionex GS50
 Kolom digunakan dalam percobaan ini:
Kolom analitik IonPac AS11 (4 mm ×
250 mm)
kolom IonPac AG11 (4mm × 50 mm,
Dionex Co.)
polimer PCX-500 (4mm × 250mm)
kolom (4 mm × 50mm, Dionex Co.)
 IC-ICP-MS
 PlasmaQuad 3 (VG Elemental, USA)

25. Instrumental
Operating
Parameter
25

26. Preparasi sampel
Sampel urin (dari
subyek di New
Jersey, minum
air sumur)
Semua sampel
disimpan di 40C
(minimalkan
cahaya)
sampel disaring
melalui Acrodisc
Filter
diencerkan
dengan
penambahan 1-
10 DI
Analisis di IC –
ICP-MS

27. Results
Anion exchange
chromatography
Cation
exchange
chromatography
Analytical
figures
Study on the
matrix effects
Method
validation
Analysis of urine
samples

28. Anion exchange
chromatography
28
 Nilai pH dan kekuatan ion dari fase gerak adalah
parameter utama yang mempengaruhi t retensi
Arsen
 Ketika pH lebih tinggi dari pKa analit → analit
membentuk anion. Jika tidak, analit membawa
sedikit atau tidak ada muatan negatif
 Nilai pKa As (III), As (V), MMA (V), DMA (V) dan AsB
adalah 9.28, 11.6, 8.2, 6.3 dan 2.18
 Karena pKa nilai Arsen yang paling lebih rendah →
11, kolom pertukaran anion, Dionex AS11 digunakan
untuk pemisahan
dan NaOH dengan konsentrasi mulai dari 5 hingga
50mM (pH 11.3-12.7) dipilih sebagai fase gerak
 Kekuatan ion adalah faktor yang mempengaruhi
waktu retensi. Ini dipengaruhi konsentrasi dari fase
gerak. Semakin besar kekuatan ionik, semakin

29. 29

30. Cation exchange
chromatography
30
In order to achieve good separation and a short elution time for all the species,
70mM nitric acid was chosen as the mobile phase for an isocratic elution in
these experiments.

31. Analytical figures
31
 Analytical performance using the IC–ICP-MS system was characterized by the linearity of the
calibration curves, detection limits and repeatability
 Kurva kalibrasi lima titik untuk tujuh senyawa Arsen diperoleh dengan memplot area puncak
terhadap konsentrasi masing-masing 0-20 ng/mL. Kurva kalibrasi untuk setiap senyawa Arsen
memiliki linieritas yang baik.
 Dalam studi ini, batas deteksi spesiasi didefinisikan sebagai tiga kali standar deviasi dari tujuh
pengukuran ulangan (larutan standar)
 Dalam percobaan ini, larutan 0,1 ng/mL digunakan untuk mengevaluasi batas deteksi As (III), As
(V), MMA (V) dan DMA (V) menggunakan pertukaran anion IC-ICP-MS
 Untuk menentukan batas deteksi AsB, MMA (III) dan DMA (III) digunakan larutan standar yang
mengandung 0,5 ng/mL (Arsen) dengan pertukaran kation metode IC-ICP-MS

32. 32
Analytical figures

33. Study on the matrix effects
33

34. Study on the matrix effects
34
 Identifikasi MMA (V) dan As (V) tidak terpengaruh oleh matriks
(waktu retensi sama dengan di air DI)
 Kromatogram yang dihasilkan menunjukkan bahwa DMA (V),
As (III), MMA (V) dan As (V) terpisah (Gbr. 6 (b)).
 Sensitivitas dan batas deteksi yang rendah dari metode ini telah
memberikan dasar untuk analisis kuantitatif Arsen dalam urin
 Efek matriks pada pemisahan dalam kolom pertukaran kation
(PCX-500) juga dipelajari dengan menganalisis urin spiked
melalui pertukaran kation IC-ICP-MS
 Matriks dalam urin memiliki efek lebih sedikit pada pemisahan
senyawa Arsen pada kolom PCX-500 karena pemisahan dan
waktu retensi sama dengan di air DI
 Nilai recovery untuk senyawa Arsen dalam urin spiked
tercantum dalam Tabel 3. Rerata recovery antara 90 dan 110%,
(berada dalam kisaran yang dapat diterima)
 Recovery yang baik dari semua senyawa Arsen menunjukkan
bahwa tidak ada inter-konversi yang signifikan antara senyawa
atau hilangnya spesies Arsen tsb selama analisis IC-ICP-MS

35. Study
on
the
matrix
effects 35

36. Method validation
36

37. Method validation
37
 Validasi metode IC-ICP-MS ini, dilakukan analisis standar NIST 2670a
(logam beracun dalam urin frozendried)
 hasil analisis ditunjukkan pada Tabel 3, bersama dengan nilai referensi
 Jumlah konsentrasi senyawa Arsen yang ditentukan oleh kromatografi
pertukaran anion dan kation dihitung → identik dengan nilai referensi
yang diberikan oleh NIST
 Karena NIST hanya memberikan nilai referensi untuk total Arsen dalam
bahan referensi, tidak ada nilai referensi untuk setiap spesies
 Recovery yang baik untuk semua senyawa Arsen dalam urin spiked
telah dicapai melalui metode ini (Tabel 3)
dan dapat memvalidasi metode ini

38. Analysis
of
urine
samples
38

39. Analysis of urine samples
39
 Sampel urin 101, 102 dan 103 diperoleh dari subjek penelitian yang sama
 Sebelum remediasi, urin (sampel 101) memiliki konsentrasi Arsen yang tinggi, terutama Arsen anorganik.
Setelah remediasi, konsentrasi Arsen dalam urin (sampel 102) menurun. Sampel urin 103 memiliki konsentrasi
AsB yang tinggi (Kromatogram ditampilkan pada Gambar. 7 (b)), karena subjek mengonsumsi lobster

40. Kesimpulan
 Untuk menentukan senyawa Arsen dalam urin, digunakan metode kromatografi
penukar ion dan ICP-MS
 Karena As (V), As (III), MMA (V) dan DMA (V) membawa muatan negatif pada
pH tinggi, kolom pertukaran anion digunakan untuk proses pemisahan dari
senyawa Arsen lain
 MMA (III), DMA (III) dan AsB dipisahkan secara selektif oleh kolom pertukaran
kation karena muatan positifnya pada pH rendah
 Penggunaan ICP-MS sebagai detektor memberikan hasil batas deteksi ng/mL
 Sampel urin spiked dianalisis dengan metode ini untuk mengevaluasi efek
matriks pada analisis. Hasilnya menunjukkan satu hingga sepuluh pengenceran
harus diterapkan pada sampel urin sebelum analisis pertukaran anion. Metode
ini sebagian divalidasi dengan menganalisis bahan baku standar SRM 2670a
dan sampel urin spiked
 Konsentrasi spesies arsenik yang ditentukan dengan metode ini memiliki hasil
dan nilai yang hampir sama dengan yang dilaporkan dalam referensi, dan
jumlah semua senyawa sesuai dengan nilai referensi yang diberikan oleh NIST
untuk arsenik total
 Sampel urin dari subjek yang tinggal di New Jersey, konsumsi minum air sumur
yang awalnya terkontaminasi arsenik, dianalisis, dan hasil spesiasinya konsisten
dengan perawatan remediasi air sumur
 Selain itu, metabolit penting MMA (III) dan DMA (III), ditemukan dalam analisis
sampel urin menggunakan metode ini (sebelumnya jarang dilaporkan)

41. Daftar Pustaka
41
 Xie, R., Johnson, W., Spayd, S., Hall, G. S., & Buckley, B. (2006). Arsenic
speciation analysis of human urine using ion exchange chromatography
coupled to inductively coupled plasma mass spectrometry. Analytica
Chimica Acta, 578(2), 186–194. https://doi.org/10.1016/j.aca.2006.06.076