a b
Gambar 5. Perubahan karakteristik warna visual atapulgit, a sebelum adsorpsi dan b sesudah adsorpsi
Dari Gambar 5 dapat diketahui bahwa terjadinya perubahan warna atapulgit menunjukkan bahwa atapulgit mampu menyerap -karoten secara
fisik. Nilai kapasitas adsorpsi -karoten sebesar 482,122 µgg atapulgit selanjutnya digunakan sebagai nilai konsentrasi -karoten dalam atapulgit
pada lama desorpsi nol menit untuk percobaan penentuan kinetika desorpsi isotermal -karoten.
B. Kondisi Kesetimbangan
Konsentrasi -karoten dalam atapulgit mengalami penurunan seiring dengan lamanya desorpsi sehingga menyebabkan -karoten yang berhasil
dilepaskan oleh eluen dalam larutan meningkat, untuk masing-masing suhu desorpsi. Peningkatan konsentrasi -karoten dalam larutan menunjukkan
bahwa eluen telah mampu melepaskan -karoten dari atapulgit. Namun setelah lama desorpsi tertentu eluen mengalami kondisi yang menyebabkan tidak
mampu lagi melepaskan -karoten sehingga konsentrasi -karoten dalam larutan tidak lagi mengalami peningkatan konstan. Kondisi tersebut
merupakan kondisi setimbang dimana larutan mengalami kapasitas jenuh pelepasan. Hubungan antara lama desorpsi dengan peningkatan konsentrasi -
karoten dalam larutan dapat dilihat pada Gambar 6.
0,000 0,100
0,200 0,300
0,400 0,500
0,600 0,700
0,800 0,900
1,000 1,100
1,200 1,300
1,400
5 10
15 20
25 30
35 40
45 50
55 60
65
Lama desorpsi [menit] Ko
n se
n tr
a si
β -k
ar ot
e n
[ µ
g m
l]
Gambar 6. Hubungan antara lama desorpsi dengan peningkatan konsentrasi - karoten dalam larutan
● , Isopropanol 40ºC; ■ , Isopropanol 50ºC;
▲ , Isopropanol 60ºC; ○ , heksan 40ºC; □ , heksan 50ºC; ∆ , heksan 60ºC
Berdasarkan Gambar 6 dapat diketahui bahwa pada masing-masing suhu desorpsi dan jenis eluen diperoleh kondisi kesetimbangan. Kondisi
kesetimbangan pada masing-masing suhu desorpsi dan jenis eluen berbeda. Nilai kesetimbangan desorpsi isotermal
β-karoten disajikan pada Tabel 11. Perhitungan konsentrasi -karoten dalam larutan disajikan pada Lampiran 5
dan 6. Penentuan lama tercapainya kesetimbangan dapat dilihat pada Lampiran 7.
Tabel 11. Nilai kesetimbangan desorpsi isotermal β-karoten
Perlakuan Eluen Suhu
[ºC] Konsentrasi
β-karoten [µgml]
Lama tercapainya kesetimbangan [menit]
40 1,121
26 50
0,988 19
Isopropanol 60
0,815 17,5
40 0,608
21,5 50
0,396 12,5
Heksan 60
0,228 10,5
Berdasarkan Tabel 11 dapat dibuktikan bahwa semakin tinggi suhu desorpsi maka kondisi kesetimbangan semakin cepat dan nilai konsentrasi -
karoten pada kondisi kesetimbangan semakin rendah. Hal tersebut terjadi
karena peningkatan suhu desorpsi dapat meningkatkan fraksi molekul dari - karoten dalam atapulgit dan eluen yang teraktifkan yaitu fraksi molekul yang
menghasilkan tumbukan yang efektif, sehingga mempercepat proses pelepasan -karoten dari atapulgit oleh eluen. Peningkatan proses desorpsi tersebut
mengakibatkan nilai konsentrasi -karoten semakin rendah dan tercapainya kondisi kesetimbangan semakin cepat.
Sementara itu, waktu dicapainya kondisi kesetimbangan untuk masing- masing suhu desorpsi -karoten berbeda, dimana waktu dicapainya kondisi
kesetimbangan lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi. Hal tersebut memberikan pengaruh terhadap nilai konsentrasi -karoten semakin rendah
dengan peningkatan suhu desorpsi. Hal ini terjadi karena peningkatan fraksi molekul dari -karoten dalam atapulgit dan eluen yang teraktifkan sebagai
akibat meningkatnya suhu desorpsi yang kemudian juga mempersingkat terjadinya proses pelepasan -karoten dari atapulgit oleh eluen.
Pada isopropanol, penurunan suhu menyebabkan peningkatan nilai konsentrasi -karoten dalam larutan. Pada suhu 40ºC, proses pelepasan -
karoten dari atapulgit oleh isopropanol berjalan lebih lambat. Akan tetapi nilai konsentrasi -karoten dalam larutan lebih tinggi dibandingkan pada suhu 50ºC
dan 60ºC. Pada heksan, semakin rendah suhu maka nilai konsentrasi -karoten dalam larutan semakin tinggi. Sementara itu, waktu dicapainya kondisi
kesetimbangan pada heksan lebih cepat dibandingkan pada isopropanol. Hal tersebut karena heksan memiliki titik didih yang lebih rendah dibandingkan
isopropanol sehingga larutan heksan lebih cepat mengalami kejenuhan. Namun sebaliknya, nilai konsentrasi -karoten dalam larutan heksan lebih
rendah dibandingkan dalam larutan isopropanol. Hal tersebut diduga bahwa heksan lebih banyak mengelusi bahan-bahan lain terlebih dahulu dalam
atapulgit seperti asam lemak, trigliserida, kotoran, zat warna lain yang terbentuk saat proses adsorpsi maupun bahan-bahan lainnya, sehingga
sebelum mengelusi -karoten larutan heksan sudah jenuh terlebih dahulu. Hal ini didukung oleh heksan yang bersifat non polar dan trigliserida bersifat lebih
non polar daripada komponen karoten Hasanah, 2006. Selain itu eluen yang
mampu menjalankan elusi terlalu cepat tidak akan mampu melakukan pemisahan yang sempurna Adnan, 1997.
Secara keseluruhan, pada lama desorpsi yang sama, dengan semakin meningkatnya suhu desorpsi, maka nilai konsentrasi -karoten semakin
rendah. Adanya ikatan rangkap pada -karoten menyebabkan -karoten mudah teroksidasi. Penurunan nilai konsentrasi -karoten dalam larutan
disebabkan oleh peningkatan proses oksidasi -karoten yang terjadi sebagai akibat adanya peningkatan suhu desorpsi. Peningkatan proses oksidasi
tersebut mengakibatkan terjadinya degradasi -karoten sehingga nilai konsentrasi
-karoten dalam larutan semakin rendah. Hal tersebut menunjukkan bahwa proses desorpsi -karoten dari atapulgit lebih baik
dilakukan pada suhu yang rendah. Kemungkinan lain yang menyebabkan penurunan nilai konsentrasi -karoten dalam larutan sebagai akibat
peningkatan suhu desorpsi adalah ikatan yang terbentuk antara atapulgit dan -karoten pada saat proses desorpsi semakin kuat sehingga -karoten sulit
untuk dilepaskan dari atapulgit. Hal tersebut didukung oleh adanya kemiripan sifat kepolaran antara atapulgit dan -karoten
. Atapulgit merupakan senyawa
semi polar, sedangkan -karoten merupakan senyawa non polar. Nilai
konsentrasi -karoten dalam larutan isopropanol menunjukkan nilai yang lebih tinggi untuk ketiga suhu desorpsi dibandingkan nilai konsentrasi -karoten
dalam larutan heksan. Hal tersebut menunjukkan bahwa isopropanol lebih banyak melepaskan -karoten dari atapulgit karena isopropanol memiliki sifat
kepolaran yang sama dengan atapulgit, yaitu bersifat semi polar. Tingkat kepolaran merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi
proses desorpsi. Isopropanol terdiri dari gugus metil, hidrokarbon dan hidroksil. Gugus metil dan hidrokarbon merupakan gugus non polar. Gugus
hidroksil merupakan gugus polar. Oleh karena itu isopropanol sering disebut senyawa semi polar. Isopropanol larut 100 persen dalam air, sedangkan
heksan 0,001 persen larut dalam air. Ini menunjukkan isopropanol memiliki tingkat kepolaran lebih tinggi dibandingkan heksan. Hal tersebut dilihat juga
dari besarnya nilai konstanta dielektriknya. Semakin besar nilai konstanta dielektrik semakin besar pula momen dipol, maka tingkat kepolaran akan
semakin tinggi. Isopropanol memiliki konstanta dielektrik sebesar 20,7 dan heksan memiliki konstanta dielektrik sebesar 1,89 Adnan, 1997. Selain itu
juga disebabkan oleh perbedaan tingkat kelarutan eluen yang digunakan terhadap -karoten dalam atapulgit. Isopropanol memiliki kelarutan yang
cukup baik untuk minyak sawit kasar Baharin et al., 1998. Pada penelitian ini digunakan atapulgit sebagai adsorben yang
menyerap -karoten. Atapulgit mengandung 66,1 SiO
2,
12,6 MgO, dan 9,8 Al
2
O
2
. Silika mengandung bahan yang homogen. Permukaan silika tersusun atas dua tipe ikatan, yaitu ikatan polar yang memiliki energi tinggi
dan ikatan kurang polar yang memiliki energi rendah. Ikatan polar merupakan ikatan antara silika dengan gugus hidroksil Si-OH yang disebut silanol,
sedangkan ikatan kurang polar merupakan ikatan antara silika dengan oksigen Si-O-Si yang disebut siloksan Chu et al., 2004.
Struktur atapulgit terdiri dari rantai silika ganda yang berikatan dengan oksigen membentuk tetrahedral, yang merupakan gugus kurang polar,
aluminum dan magnesium berikatan dengan oksigen dan gugus hidroksil membentuk oktahedral yang merupakan gugus polar Grim, 1989. Adanya
gugus polar dan kurang polar pada atapulgit menyebabkan adsorben ini tergolong ke dalam adsorben semi polar. Gugus kurang polar yang terdapat
dalam atapulgit inilah yang berfungsi di dalam proses adsorpsi secara fisik pada pengikatan -karoten. Jenis ikatan yang diduga terjadi antara atapulgit
dan -karoten adalah ikatan van der Waals, dimana ikatan ini relatif lemah sehingga lebih mudah dilepas saat dielusi oleh eluen. Ikatan van der walls
antara -karoten dan atapulgit dapat dilihat pada Gambar 7. Gaya van der Waals merupakan gaya terlemah walaupun merupakan gaya yang paling
universal. Energinya sekitar 0,4 sampai 40 kJmol Companion, 1991.
Si O Si
δ+ δ-
tarikan
δ+
H
CH
3
C
δ-
C CH
3
CH
3
Gambar 7. Ikatan van der Waals antara -karoten dan atapulgit Sirait, 2007 Berdasarkan pada Gambar 7 dapat dilihat bahwa gugus siloksan
berinteraksi dengan awan elektron yang banyak terdapat pada ikatan ganda terkonjugasi dari molekul -karoten melalui ikatan dipol-dipol.
Mekanisme pelepasan -karoten dari atapulgit dengan menggunakan isopropanol
yang diduga terjadi ditunjukkan dengan adanya ikatan hidrogen antara molekul -karoten dengan molekul isopropanol
. Ikatan hidrogen adalah
ikatan lemah yang menghubungkan atom hidrogen pada satu molekul dengan atom elektronegatif pada molekul lain Companion, 1991. Menurut Petrucci
1992, ikatan hidrogen cenderung terjadi jika atom H dalam suatu molekul dapat secara serentak tertarik oleh atom yang sangat elektronegatif yaitu atom
F, O atau N dari molekul yang berdekatan. Molekul
-karoten memiliki atom H yang merupakan daerah dimana terdapat gaya-gaya tarik yang kuat untuk
molekul isopropanol. Ikatan hidrogen yang terjadi antara molekul -karoten
dengan molekul isopropanol bersifat lebih kuat daripada ikatan van der Waals antara molekul
-karoten dengan molekul atapulgit, sehingga ikatan van der Waals tersebut mudah terputus. Pemutusan ikatan van der Waals tersebut
didukung oleh adanya proses shaking selama desorpsi berlangsung. Ikatan hidrogen antara -karoten dalam atapulgit dengan isopropanol dapat dilihat
pada Gambar 8. tarik menarik
δ
+
..
δ
-
C H :O C
3
H
7
H
Gambar 8. Ikatan hidrogen antara -karoten dalam atapulgit dengan isopropanol
Hui 1996 membuktikan fakta bahwa zat warna yang telah diserap melalui proses adsorpsi dapat dengan mudah dipisahkan dengan ekstraksi
menggunakan isopropil alkohol pada suhu ruang. Hal tersebut disebabkan
jenis ikatan yang terbentuk antara adsorben dan zat warna adalah ikatan van der Waals yang relatif lemah.
C. Kinetika Desorpsi
