192
Prosiding Seminar Nasional MIPA 2016
“Peran Penelitian Ilmu Dasar dalam Menunjang Pembangunan Berkelanjutan”
Jatinangor, 27-28 Oktober 2016
ISBN 978-602-72216-1-1
Ekstraksi Samarium(III) dan Serium(III) Melalui
Pembentukkan Kompleks Menggunakan Ligan
Etilendiamintetrametilenfosfonat
Anni Anggraeni*, Titin Sofyatin, Retna P. Fauzia, Husein H. Bahti
Departemen Kimia-Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Padjadjaran
*E-mail: anni.anggraeni@unpad.ac.id
Abstrak
Samarium merupakan salah satu unsur tanah jarang yang banyak digunakan sebagai agen pengontras
dalam Magnetic Resonance Imaging (MRI) dan sebagai analgesik alternatif di bidang kesehatan.
Unsur-
unsur tanah jarang memiliki sifat fisik dan kimia yang hampir sama sehingga setiap unsur tanah jarang
sulit untuk dipisahkan satu sama lain. Penelitian ini bertujuan untuk
mempelajari pemisahan samarium
dari
serium dengan
metode
ekstraksi
cair-cair
melalui
pembentukan
kompleks
dengan
etilendiamintetrametilenfosfonat (EDTMP) sebagai ligan dan dietil eter sebagai pelarut.
Optimasi
ekstraksi dilakukan melalui seleksi pH ekstraksi dan konsentrasi ligan. Efisiensi ekstraksi dievaluasi
dengan spektrofotometer sinar tampak menggunakan xylenol orange sebagai zat pewarna. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa kondisi optimum ekstraksi Sm-EDTMP dan Ce-EDTMP oleh pelarut
dietil eter dicapai pada pH 6,0 dengan efisiensi ekstraksi untuk Sm-EDTMP dan Ce-EDTMP masing-
masing sebesar 95% dan 100%. Kondisi optimum ekstraksi campuran dicapai pada pH 7,5 dengan
efisiensi ekstraksi untuk Sm-EDTMP sebesar 2% dengan tingkat kecermatan 99,4% dan ketepatan 99,5%.
Efisiensi ekstraksi untuk Ce-EDTMP sebesar 95% dengan tingkat kecermatan 98,5% dan ketepatan
99,1%.
Kata kunci : Samarium; Serium; EDTMP; Xylenol orange; Ekstraksi cair-cair
Abstract
Samarium is one of rare earth elements widely used as contrast agent in Magnetic Resonance Imaging
(MRI) and as an alternative analgesic in medicine. Rare Earth Elements have similar physical and
chemical properties, so they are difficult to be separated one from the other. The aim of this research is to
study separation of samarium and cerium by liquid extraction method through complex formation by
using ethylenediaminetetramethylenephosphonate (EDTMP) as ligand and diethyl ether as solvent.
Optimization of extraction was conducted through selecting of extraction pH and concentration of
ligand. Evaluation of Efficiency of exctraction was conducted by visible spectrophotometer by using
xylenol orange as dyes agent. The Result showed that optimum extraction of Sm-EDTMP and Ce-EDTMP
using diethyleter solvent were achieved at pH of 6.0, with extraction efficiency are 95% and 100%,
respectively. Optimum exctraction condition of samarium and cerium mixture were achieved at pH of
7.5, with extraction efficiency for Sm-EDTMP is 2%, accuracy and precision are 99.4% and 99.5%,
respectively. Extraction efficiency for Ce-EDTMP is 95% with accuracy and precision are 98.5% and
99.1%, respectively.
Keywords: Samarium, Cerium, EDTMP, Xylenol Orang, Liquid-liquid extraction
1.
Pendahuluan
Logam tanah jarang merupakan unsur yang
terletak di dalam golongan lantanida dan termasuk
tiga unsur tambahan yaitu itrium, torium, dan
skandium. Keunikan dari unsur tanah jarang
adalah memiliki sifat yang hampir sama antara
satu unsur dengan unsur lainnya, baik sifat kimia
maupun sifat fisiknya. Unsur tanah jarang
mempunyai arti penting sebagai produk yang
memiliki nilai ekonomis tinggi dalam bentuk
oksida murni, hal ini dikarenakan oksida murni
unsur tanah jarang banyak digunakan untuk
keperluan industri dengan teknologi tinggi
(Hartati, 1997). Salah satu yang cukup populer
adalah penggunaan senyawa kompleks samarium-
etilendiamintetrametilenfosfonat
(Sm-EDTMP)
sebagai alternatif bone pain palliative agent di
bidang kesehatan.
Mineral sumber unsur tanah jarang yang ada di
Indonesia belum banyak diolah dan dimanfaatkan
karena penguasaan kita tentang teknologi masih
perlu ditingkatkan (Bahti, 2003).
Purwani dkk.
(2008) sebelumnya telah melakukan penelitian
mengenai
ekstraksi
konsentrat
neodimium
memakai asam di-2-etil heksil fosfat melalui
metode ekstraksi cair-cair dengan konsentrat
193
“Peran Penelitian Ilmu Dasar dalam Menunjang Pembangunan Berkelanjutan”
Jatinangor, 27-28 Oktober 2016
ISBN 978-602-72216-1-1
Nd(OH)
3
dalam HNO
3
sebagai fasa air dan
D
2
EHPA dalam karosen sebagai ligan, dengan
parameter
yang
diteliti
konsentrasi
HNO
3
,
konsentrasi umpan, konsentrasi D
2
EHP dalam
karosen, waktu pangadukan dan kecepatan
pengadukan. Ahmayunita (2007) mempelajari
kajian reaksi gadolinium (III) dengan ligan di-n-
butilditiosulfat (DBDTP) dan asam dietilentriamin
pentaasetat (DTPA) melalui metode ekstraksi
menggunakan pelarut dietil eter dan petroleum
eter. Ekstraksi kompleks Gd(III)-DTPA lebih baik
dilakukan dengan pelarut dietil eter yang bersifat
nonpolar jika dibandingkan dengan pelarut
petroleum eter. Hal tersebut dikarenakan pada
ekstraksi dengan dietil eter terjadi pergeseran
panjang gelombang yang lebih jauh dengan
serapan yang lebih tinggi jika dibandingkan
ekstraksi dengan petroleum eter.
Untuk menganalisis unsur tanah jarang ini
salah satunya dengan menggunakan metode
spektrofotometri.
Metode
ini
antara
lain,
spektrofotometri sinar tampak, spektrofotometri
inframerah,
dan
lain-lain.
Namun,
pada
spektrofotometri untuk menganalisis logam secara
langsung kurang mungkin dilakukan, hal ini
disebabkan absorpsivitas molar dari logam cukup
kecil untuk dideteksi (de Levie, 1997). Untuk
dapat dideteksi dengan metode spektrofotometri
logam tersebut dikomplekskan menjadi suatu
senyawa kompleks yang berasal dari reaksi antara
ion logam dan ligan yang sesuai, untuk
mendapatkan kompleks yang stabil (Cardwell &
Dessaro, 1976). Etilendiamintetrametilenfosfonat
digunakan
sebagai
ligan
karena
memiliki
kestabilan kimia yang baik, memiliki ketahanan
korosi yang lebih baik dibandingkan polifosfonat
anorganik, memiliki ketahanan terhadap suhu dan
dapat berdisosiasi dengan delapan atom positif-
negatif sehingga membentuk kompleks khelat
dengan banyak logam
Penelitian ini mempelajari tentang pemisahan
samarium (III) dari serium (IV) secara ekstraksi
cair-cair melalui pembentukkan kompleks dengan
ligan
etilendiamintetrametilenfosfonat
menggunakan sampel simulasi dengan konsentrasi
samarium (III) dan serium (IV) dibuat menyerupai
komposisi dalam mineral monasit. Samarium (III)
dipisahkan dari serium (IV) karena komposisi
serium pada sampel alam monasit paling tinggi
dibandingkan unsur tanah jarang (UTJ) lainnya.
Hasil ekstraksi akan dianalisis menggunakan
metode spektrofotometri sinar tampak.
2.
Metode
Alat dan Bahan
Peralatan ekstraksi cair-cair, pH meter,
spektrofotometer UV-Visible (Ultrospec 3000pro).
Bahan Kimia
Asam asetat, asam klorida, asam nitrat, asam
sulfat, etilendiamintetrametilenfosfonat, dietileter,
hidrogen peroksida, natrium asetat, natrium
hidroksida dan xylenol orange. Semua bahan kimia
berkualitas p.a dari Merck.
Penentuan
panjang
gelombang
serapan
maksimum xylenol orange
Larutan xylenol orange dalam bufer asetat pH
5,8
diukur
serapan
maksimumnya
dengan
menggunakan spektrofotometer sinar tampak pada
panjang
gelombang
400-700
nm.
Panjang
gelombang yang menunjukkan absorbansi serapan
maksimum dicatat sebagai panjang gelombang
serapan maksimum xylenol orange.
Penentuan stabilitas xylenol orange
Larutan xylenol orange dalam bufer asetat
diukur dengan menggunakan spektrofotometer
sinar tampak pada panjang gelombang maksimum
xylenol orange. Pengukuran dilakukan setiap 10
menit sekali dan diamati perubahan absorbansinya.
Penentuan
panjang
gelombang
serapan
maksimum Sm-Xylenol orange dan Ce-
Xylenol orange
Larutan samarium 100 ppm ditambahkan
xylenol orange dengan perbandingan 1:10, diukur
dengan menggunakan spektrofotometer sinar
tampak pada panjang gelombang 400-700 nm.
Panjang gelombang yang menunjukkan absorbansi
serapan maksimum dicatat sebagai panjang
gelombang serapan maksimum xylenol orange.
Prosedur yang sama dilakukan untuk larutan
serium.
Penentuan stabilitas kompleks samarium-
xylenol orange dan serium-xylenol orange
Larutan stok samarium dicampurkan dengan
larutan xylenol orange dengan perbandingan
logam:xylenol orange (1:10). Larutan diukur
dengan menggunakan spektrofotometer sinar
tampak pada panjang gelombang maksimum
samarium. Pengukuran dilakukan setiap 10 menit
sekali dan diamati perubahan absorbansinya.
Prosedur yang sama dilakukan untuk kompleks
serium-xylenol orange dan kompleks campuran
(samarium-serium)-xylenol orange.
Pembuatan kurva baku samarium (III)
Kurva baku samarium (III) dibuat dengan lima
variasi konsentrasi, yaitu konsentrasi 5 ppm; 7,5
ppm; 10 ppm; 12,5 ppm dan 15 ppm. Terhadap
masing-masing
0,5
mL
larutan
standar
ditambahkan dengan 5 mL xylenol orange 100
ppm dan diencerkan sampai 10 mL. Setelah larutan
didiamkan selama 3 menit. Larutan diukur
serapannya dengan spektrofotometer sinar tampak
194
Prosiding Seminar Nasional MIPA 2016
“Peran Penelitian Ilmu Dasar dalam Menunjang Pembangunan Berkelanjutan”
Jatinangor, 27-28 Oktober 2016
ISBN 978-602-72216-1-1
pada panjang gelombang serapan maksimum
samarium.
Pembuatan kurva baku serium (IV)
Kurva kalibrasi serium (IV) dibuat dengan lima
variasi konsentrasi. Larutan stok serium 1000 ppm
diencerkan menjadi 5 larutan baku serium (IV)
dengan konsentrasi 1 ppm; 2 ppm; 3 ppm; 4 ppm
dan 5 ppm. Selanjutnya pengukuran masing-
masing larutan standar dilakukan sama seperti
prosedur pembuatan kurva baku samarium,
pengukuran menggunakan serapan maksimum
Cerium-xylenol orange
Ekstraksi Samarium dan Cerium
Sebanyak 100 mL larutan sampel campuran
samarium dan serium dipipet kemudian dimasukan
dalam gelas kimia dan diatur pH ekstraksi dengan
penambahan larutan natrium hidroksida 5 M
hingga pH 5,0. Larutan ditambahkan 20 mL bufer
asetat pH 5,0 sambil larutan diaduk. Kemudian
kedalamnya ditambahkan 100 mL ligan EDTMP
dengan perbandingan mol logam:mol ligan (1:1).
Sebanyak 100 mL larutan dipipet dan dimasukan
dalam corong pisah, lalu diekstraksi dengan 4 x
25 mL dietil eter selama masing-masing 15 menit.
Fasa air dan fasa organik yang terbentuk
dipisahkan. Larutan sebelum ekstraksi dan fasa air
diukur dengan spektrofotometer sinar tampak.
Prosedur yang sama dilakukan untuk pH ekstraksi
5,5; 6; 6,5; 7 dan 7,5, dan variasi perbandingan
mol logam:mol Ligan pada 1:1, dan 1:2.
3.
Hasil Dan Pembahasan
Perubahan warna xylenol orange menjadi
warna
ungu
mengindikasikan
terbentuknya
senyawa kompleks Sm-Xylenol Orange atau Ce-
Xylenol Orange, seperti reaksi pada Gambar 1, dan
perubahan warna pada Gambar 2.
O
HO
3
S
O
N
CH
2
M
O
O H
2
C
O
O
N
H
2
C
M
O
O
CH
2
O
O
OH
HO
3
S
O
N
-
OOC
COO
-
N
COO
-
-
OOC
Xylenol orange
Kompleks xylenol orange dan lantanida
Gambar 1. Reaksi antara lantanida dan xylenol orange
A
B
Gambar 2.
Perubahan warna xylenol orange sebelum dan sesudah penambahan campuran samarium dan
serium. A: Xylenol orange dan B: Xylenol orange sesudah ditambah campuran samarium dan serium (1:10)
195
Prosiding Seminar Nasional MIPA 2016
“Peran Penelitian Ilmu Dasar dalam Menunjang Pembangunan Berkelanjutan”
Jatinangor, 27-28 Oktober 2016
ISBN 978-602-72216-1-1
Untuk menentukan panjang gelombang serapan
maksimum
Sm-EDTMP
dilakukan
dengan
menambahkan
samarium(III)
pada
berbagai
konsentrasi ke dalam larutan xylenol orange
intensitas serapannya diukur. Pada panjang
gelombang 435 nm Absorban menurun dengan
bertambahnya konsentrasi samarium, sedangkan
intensitas pada panjang gelombang 577 nm
meningkat dengan bertambahnya konsentrasi
samarium. Hal ini menunjukan bahwa pada
panjang gelombang 435 nm terjadi efek hipokrom
yaitu efek yang menyebabkan penurunan intensitas
serapan diakibatkan oleh penurunan konsentrasi
xylenol orange yang tidak terikat dengan samarium
(III).
Pada
panjang
gelombang
577
nm
menunjukkan adanya efek hiperkromik yaitu efek
yang menyebabkan kenaikan intensitas serapan
yang disebabkan oleh bertambahnya konsentrasi
xylenol orange yang terikat dengan samarium,
seperti pada Gambar 3.
Evaluasi stabilitas kompleks samarium, serium
dan
campurannya
dengan
xylenol
orange
dilakukan
dengan
mengukur
serapannya
menggunakan spektrofotometer sinar tampak pada
panjang gelombang serapan maksimum masing-
masing logam. Gambar 5 menunjukkan kurva
kestabilan kompleks samarium, serium dan
campurannya dengan xylenol orange yang ditandai
dengan perubahan absorbansi yang tidak signifikan
sehingga disimpulkan bahwa xylenol orange stabil
terhadap UTJ tunggal maupun campurannya.
Kurva
stabilitas
samarium,
serium
dan
campurannya dengan xylenol orange, mulai dari
10 menit sampai 70 menit.
Keberhasilan
ekstraksi dilakukan
dengan
mengukur konsentrasi Samarium maupuan
Cerium bebas pada sampel sebelum ekstraksi dan
sesudah
ekstraksi
(fasa
air)
dengan
spektrofotometer sinar tampak pada panjang
gelombang maksimum samarium yaitu 580 nm,
dan 511 nm untuk Cerium. . Hasil effisiensi
ekstraksi dinyatakan dalam bentuk kurva pada
Gambar 5.
Samarium dan serium dapat terpisahkan
optimum apabila salah satu logam terkomplekskan
tinggi di pH tertentu sedangkan logam yang lain
terkomplekskan
rendah
pada
pH
tersebut.
Berdasarkan Gambar 6 dapat dilihat bahwa pada
pH 7,5 kompleks Sm-EDTMP yang terbentuk di
fasa organik hanya 1,70 ppm dengan efisiensi
ekstraksi 2% sedangkan kompleks Ce-EDTMP
yang terbentuk di fasa organik sebanyak 381,74
ppm
dengan efisiensi ekstraksi 95%. Samarium
(III) banyak terdapat di fasa air sebanyak 79,58
ppm sedangkan Ce-EDTMP banyak terdapat di
fasa organik. Selain itu, samarium (III) dapat
dipisahkan dari serium (IV) dilihat dari nilai
koefisien distribusi pada pH optimum 7,5 yaitu
sebesar 0,02 untuk Sm dan 20,91 untuk Ce
sehingga faktor pisah yang didapat sebesar 0,96 x
10
-3
. Dengan demikian, kondisi optimum untuk
pemisahan samarium dalam sampel campuran
samarium (III) dan serium (IV) yaitu pada pH 7,5
dengan perbandingan mol logam : ligan (1:1).
Penentuan parameter analitik memberikan
hasil:
Berdasarkan
hasil
pengukuran
dan
perhitungan diperoleh kecermatan untuk samarium
(III) sebesar 99,4% dan ketepatan sebesar
99,5%
sedangkan kecermatan untuk serium (IV) sebesar
98,5% dan ketepatan sebesar 99,1%. Hal ini
menunjukkan bahwa metode spektrofotometri
sinar tampak dalam penentuan samarium (III) dan
serium (IV) bebas cukup cermat dan tepat
sehingga dapat digunakan untuk penentuan
samarium (III) dan serium (IV) bebas pada larutan
sampel. Berdasarkan perhitungan untuk penentuan
batas deteksi, diperoleh batas deteksi untuk
samarium (III) sebesar 0,29 ppm
dan batas
kuantitasi sebesar 0,95 ppm sedangkan batas
deteksi untuk serium (IV) sebesar 2,42 ppm dan
batas kuantitasi sebesar 8,07 ppm.
Gambar 3. Spektrum sinar tampak larutan samarium pada beberapa konsentrasi dengan penambahan xylenol
orange 100 ppm (1:10)
196
Prosiding Seminar Nasional MIPA 2016
“Peran Penelitian Ilmu Dasar dalam Menunjang Pembangunan Berkelanjutan”
Jatinangor, 27-28 Oktober 2016
ISBN 978-602-72216-1-1
Gambar 4. Stabilitas kompleks Sm, Ce dan campuran (Sm-Ce) dengan xylenol orange yang diukur pada
suhu ruang (25
0
C)
Gambar 6. Efisiensi ekstraksi Ce – EDTMP dan Sm-EDTMP pada variasi pH
4.
Kesimpulan
Hasil penelitian ini menunjukan bahwa pada
panjang gelombang 435 nm terjadi efek hipokrom
yaitu efek yang menyebabkan penurunan intensitas
serapan
Samarium (III) dapat dipisahkan dari
serium (IV) secara ekstraksi melalui pembentukan
kompleks dengan etilendiamintetrametilenfosfonat
dengan nilai faktor pisah (α) sebesar 0,96 x 10
-3
.
Kondisi optimum pada pembentukan kompleks
Sm-EDTMP dan Ce-EDTMP dicapai pada pH 6,0
dengan perbandingan logam:ligan (1:1) dengan
efisiensi ekstraksi masing-masing sebesar 95% dan
100%. Kondisi optimum ekstraksi campuran
dicapai pada pH 7,5 dengan perbandingan logam :
ligan (1:1), efisiensi ekstraksi Sm-EDTMP sebesar
2% dengan tingkat kecermatan 99,4% dan
ketepatan 99,5%. Efisiensi ekstraksi Ce-EDTMP
sebesar 95% dengan tingkat kecermatan 98,5%
dan ketepatan 99,1%.
Ucapan Terimakasih
Terimakasih kami ucapkan kepada Verawaty,
S.Si yang telah membantu pelaksanaan penelitian
ini.
Daftar Pustaka
Bahti, H.H. 2003. Ekstraksi Logam-Logam Tanah
Jarang
dari
Mineral-Mineralnya
Serta
Pemisahannya Menggunakan Kromatografi
Cair
dan
Teknik
Membran
Cair
Berpendukung,
Melalui
Pembentuka
Senyawa Kompleks dengan Organofosfat dan
Dibutilditiokarbamat.
Laporan
Riset
Unggulan Terpadu IX Bidang Kelautan dan
197
Prosiding Seminar Nasional MIPA 2016
“Peran Penelitian Ilmu Dasar dalam Menunjang Pembangunan Berkelanjutan”
Jatinangor, 27-28 Oktober 2016
ISBN 978-602-72216-1-1
Kerdigantaraan. Universitas Padjadjaran.
Bandung.
Cardwell, T.J & Dessarro, D.J. 1976. Gas
Chromatography of Some Volatile Metal
Diethyidithiocarbamates. Analytica Chimica
Acta, 85, 415-519.
Christie, T., B. Braithwaite & A. Tulloch. 1998.
Rare Earth and Related Elements. Mineral
Commodity Report, 17.
Morais, C.A & Ciminelli, V.S.T. 2004. Process
development for the recovery of high-grade
lanthanum by solvent extraction. Cidade
Universitaria, 30123-970. Brazil.
Purwani, M.V., Suyanti & Muhadi A.W. 2008.
Ekstraksi Konsentrat Neodimium memakai
Asam Di-2-Etil heksil fosfat. Pusat Teknologi
Akselerator dan Proses Bahan-BATAN.
Yogyakarta.
de Levie, R.. 1997. Principles of Quantitative
Chemical Analysis. Mc.Graw Hill Book Co.
Singapore.
Dostları ilə paylaş: |