Pengertian
Separasi dan Pemurnian
Separasi adalah pemisahan
komponen-komponen dari suatu campuran sehingga menjadi fraksi-fraksi
individual. Fraksi-fraksi itu mungkin berbeda satu sama lain dalam ukuran
partikel, fase, atau komposisi kimianya. Prinsip pada proses separasi ini
adalah berdasarkan perbedaan densitas ataupun adanya gaya gravitasi.
Pemisahan
dan pemurnian adalah proses pemisahan dua zat atau lebih yang saling bercampur
serta untuk mendapatkan zat murni dari suatu zat yang telah tercemar atau
tercampur. Campuran adalah setia contoh materi yang tidak murni, yaitu bukan
sebuah unsur atau sebuah senyawa. Susunan suatu campuran tidak sama dengan
sebuah zat, dapat bervariasi, campuran dapat berupa homogen dan heterogen
(Ralph H Ptrucci-Seminar, 1996, Kimia Dasar Jilid 1).
Karena
perbedaan keadaan agregasi (bentuk penampilan materi) sangat mempengaruhi
metode pemisahan dan pemurnian yang diperlukan, maka diadakan pembedaan :
1.
Memisahkan Zat Padat Dari Suspensi.
Suspensi adalah sistem yang didalamnya mengandung partikel sangat kecil
(padat), setengah padat, atau cairan tersebutr secara kurang lebih seragam
dalam medium cair. Suatu suspensi dapat dipisahkan dengan penyaringan
(filtrasi) dan sentrifugasi.
a.
Penyaringan (filtrasi).
Operasi ini adalah pemisahan endapan dari larutan induknya, sasarannya
adalah agar endapan dan medium penyaring secara kuantitatif bebas dari larutan.
Media yang digunakan untuk penyaring adalah kertas saring, penyaring asbes
murni atau platinum, lempeng berpori yang terbuat dari kaca bertahanan misalnya
pyrex dari silika atau porselin.
b.
Sentrifugasi (pemusingan).
Sentrifugasi dapat digunakan untuk memisahkan suspensi yang jumlahnya
sedikit. Sentrifugasi digunakan untuk memutar dengan cepat hingga gaya
sentrifugal beberapa kali lebih besar daripada gorsa berat, digunakan untuk
mengendapkan partikel tersuspensi.
2. Memisahkan Zat Padat Dari Larutan.
Zat terlarut padat tidak dapat dipisahkan dari larutannya dengan
penyaringan dan pemusingan (sentrifugasi). Zat padat terlarut dapat dipisahkan
melalui penguapan atau kristalisasi.
a.
Penguapan.
Pada penguapan, larutan dipanaskan sehingga pelarutnya meninggalkan zat
terlarut. Pemisahan terjadi karena zat terlarut mempunyai titik didih yang
lebih tinggi daripada pelarutnya.
b.
Kristalisasi.
Kristalisasi adalah larutan pekat yang didinginkan sehingga zat terlarut
mengkristal. Hal itu terjadi karena kelarutan berkurang ketika suhu diturunkan.
Apabila larutan tidak cukup pekat, dapat dipekatkan lebih dahulu dengan jalan
penguapan, kemudian dilanjutkan dengan pendinginan melalui kristalisasi
diperoleh zat padat yang lebih murni karena komponen larutan yang lainnya yang
kadarnya lebih kecil tidak ikut mengkristal.
Rekristalisasi merupakan Teknik pemisahan dengan rekristalisasi
(pengkristalan kembali) berdasarkan perbedaan titik beku komponen. Perbedaan itu
harus cukup besar, dan sebaiknya komponen yang akan dipisahkan berwujud padat
dan yang lainnya cair pada suhu kamar. Contohnya garam dapat dipisahkan dari
air karena garam berupa padatan. Air garam bila dipanaskan perlahan dalam
bejana terbuka, maka air akan menguap sedikit demi sedikit. Pemanasan
dihentikan saat larutan tepat jenuh. Jika dibiarkan akhirnya terbentuk kristal
garam secara perlahan. Setelah pengkristalan sempurna garam dapat dipisahkan
dengan penyaring. (Syukri S. 1991. Kimia Dasar 1)
3. Memisahkan Campuran Zat Cair.
Zat cair dapat dipisahkan dari campurannya melalui distilasi. Campuran dua
jenis cairan yang tidak saling melarutkan dapat dipisahkan dengan dekantasi dan
corong pisah.
a.
Destilasi
Dasar pemisahan dengan destilasi adalah
perbedaan titik didih dua cairan atau lebih. Jika canpuran dipanaskan maka
komponen yang titik didihnya lebih rendah akan menguap lebih dulu. Dengan
mengatur suhu secara cermat kita dapat menguapkan dan kemudian mengembunkan
komponen demi komponen secara bertahap. Pengembunan terjadi dengan mengalirkan
uap ketabung pendingin. Contohnya memisahkan campuran air dan alkohol. Titik
didih air dan alkohol masing-masing 100˚C dan 78˚C. Jika campuran dipanaskan
(dalam labu destilasi) dan suhu diatur sekitar 78˚C, maka alkohol akan menguap
sedikit demi sedikit. Uap itu mengembun dalam pendingin dan akhirnya didapatkan
cairan alkohol murni. (Syukri S. 1999. Kimia Dasar 1)
b.
Dekantasi (pengendapan)
Dekantasi (pengendapan) merupakan proses pemisahan suatu zat dari
campurannya dengan zat lain secara pengendapan didasarkan pada massa jenis yang
lebih kecil akan berada pada lapisan bagian bawah atau mengendap, contohnya air
dan pasir. selain itu zat terlarut (yang akan dipisahkan) diproses diubah
menjadi bentuk yang tak larut, lalu dipisahkan dari larutan.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kelarutan endapan:
1.
Suhu
2.
Ph
3.
Efek garam
4.
Kompleksasi
5.
Derajat supersaturasi
6.
Sifat pelarut.
Untuk pelarut-pelarut yang lebih ringan dari air,
dapat digunakan corong pemisah yang dimodifikasi, yang dirancang untuk
menyederhanakan penyingkiran fase yang lebih ringan. Setelah keadaan seimbang,
lapisan yang lebih ringan (misalcter) dan lapisan air, didesak keatas dengan
memasukkan merkurium melalui kran pada dasar bulatan corong, dengan bantuan
sebuah bola pembantu pengatur permulaan merkurium.
Penggolongan
Separasi
Separasi atau pemisahan dapat dibagi
menjadi dua yaitu separasi mekanis dan separasi kimia.
a.
Separasi Mekanis.
Separasi mekanis meliputi ukuran, bentuk, berat
jenis, sifat listrik, sifat magnet. Contoh metode dari separasi mekanis ini
adalah Sedimentasi, sentrifugasi, filtrasi.
b.
Separasi Kimia.
Separasi kimia meliputi kelarutan
dan lainnya. Contoh metode untuk separasi kimia ini adalah ekstraksi kimia,
destilasi, kristalisasi, ekstraksi gas/desorpsi.
Salah satu teknik separasi adalah
separasi secara mekanik. Separasi mekanik atau pemisahan mekanik
(mechanical separation), digunakan untuk memisahkan partikel antar
dua komponen atau lebih yang dilakukan dengan cara mekanis. Separasi mekanik
hanya dapat dipakai untuk campuran heterogen, sedangkan untuk larutan homogen
teknik separasi mekanik ini tidak dapat dilakukan.
Ukuran partikel yang biasa digunakan
adalah lebih besar dari 0,1 µm. Teknik-teknik separasi ini didasarkan atas
perbedaan fisik antara partikel-partikel itu, seperti ukuran, bentuk, atau
densitas. Teknik ini dapat digunakan untuk memisahkan zat padat dari gas,
tetesan zat cair dari gas, zat padat dari zat padat, atau zat padat dari
zat cair.
Tahap-tahap
Separasi
Tujuan dari tahapan ini adalah untuk menghilangkan
(memisahkan) senyawa yang tidak dikehendaki semaksimal mungkin tanpa
berpengaruh pada senyawa kandungan yang dikehendaki, sehingga diperoleh ekstrak
yang lebih murni.
Proses-proses pada tahapan ini adalah sedimentasi (pengendapan), sentrifugasi (pemusingan), filtrasi (penyaringan) dan
pengempaan.
a. Sedimentasi.
Sedimentasi
adalah teknik pemisahan berdasarkan gaya gravitasi dimana partikel-partikel
padatan atau cairan yang mempunyai densitas relatif lebih tinggi akan
mengendap.
Teknik
pemisahan ini adalah teknik yang paling sering digunakan dalam industri pangan
karena operasinya sangat sederhana, tidak memerlukan banyak energi dan murah
biaya operasionalnya. Sedangkan kekurangan dari metode ini adalah membutuhkan
waktu yang lama, kurang kurat serta terkadang slurry masih mengandung partikel
terlarut. Contoh-contoh proses pengolahan pangan yang menggunakan prinsip
sedimentasi antara lain : proses pembuatan tepung tapioka dan pengolahan limbah
industri pangan.
Proses
sedimentasi ini terjadi berdasarkan perbedaan densitasnya melalui medium alir,
oleh pengaruh gaya gravitasi. Oleh karena itu, biasanya pemisahan tersebut
berlangsung lama, terutama bila perbedaan densitas antar komponen tersebut
tidak berbeda jauh.
Secara
visual, dapat juga dikatakan bahwa sedimentasi merupakan pemisahan suspensi
menjadi dua fraksi yaitu fraksi supernatan (fraksi yang jernih) dan fraksi
slurry (fraksi yang keruh), suatu pekatan yang berisi fraksi padat pada
konsentrasi yang lebih tinggi.
b. Sentrifugasi.
Sentrifugasi
adalah suatu teknik pemisahan yang digunakan untuk menisahkan suspensi yang
jumlahnya sedikit. Sentrifugasi adalah pemisahan dengan menggunakan gaya
putaran atau gaya sentrifugal.
Partikel
dipisahkan dari liquid dengan adanya gaya sentrifugal pada berbagai variasi
ukuran dan densitas campuran larutan. Gaya sentrifugal ini bekerja menuju pusat
dari rotasi. Gaya sentrifugal digunakan untuk mendapatkan perbedaan tekanan
sehingga slurry dalam filter akan mengalir ke penyaring.
Dalam
metode sentrifugasi ini partikel dipisahkan dari fluida oleh gaya sentrifugasi
yang dikenakan pada partikel. Partikel tersebut dapat berupa solid, gas atau
liquid dan fluida. Pemisahan dari gravitasi memakan waktu yang lama karena
kedekatan densitas dari partikel dan fluida atau karena kesatuan gaya pada
komponen yang bekerja bersamaan seperti emulsi.
Teknik
sentrifugasi ini menggunakan alat yang disebut dengan Sentrifugase. Pemisahan
sentrifugal menggunakan prinsip dimana objek diputar secara horizontal pada
jarak radial dari titik dimana titik tersebut dikenakan gaya. Objek yang
diputar secara horizontal dan konstan merubah arah dan percepatan walaupun
kecepatan rotasi konstan.
Prinsip
sentrifugasi ini dapat bekerja secara optimun jika para pengguna dapat
memasukkan nilai RPM dan nilai konsentrasi yang tepat ke dalam alat
sentrifugasi. Pada operasi sentrifugasi dengan cara pengendapan, kecepatan
pengendapan dipengaruhi oleh : kecepatan sudut (ω) disamping faktor-faktor lain
seperti pada perhitungan kecepatan sedimentasi. laju alir volumetrik umpan
dipengaruhi oleh kecepatan sudut (ω), diameter partikel (Dp), densiti partikel
dan cairan, viskositas dan diameter tabung centrifuge.
Metode
sentrifugasi memiliki banyak manfaat dalam penelitian terutama dalam praktikum
di dalam laboratorium. Diantarannya adalah seagai cara pengisolasi mikroba,
cara untuk mengekstrak TSV dan YHV dalam bidang pertanian, cara pemisahan
virgin coconut oil (VCO) dari zat pengotornya, pengekstrak senyawa papain dari
getah papaya dan lainnya.
Keuntungan
lain dari metode sentrifugasi ini adalah lebih efektif bila partikel padatan
lebih kecil dan sulit/tidak mungkin disaring. Sedangkan kelemahan dari metode
ini adalah harganya mahal dibandingkan dengan metode-metode lain.
c. Filtrasi.
Filtrasi
adalah pemisahan bahan secara mekanis berdasarkan ukuran partikelnya yang
berbeda-beda. Filtrasi diterapkan untuk memisahkan bahan padat dari cairan atau
gas, misalnya untuk mendapatkan suatu fraksi padat yang diinginkan atau
untuk membuang fraksi padat yang tidak dikehendaki. Filtrasi dapat berupa
proses pemisahan dari campuran heterogen yang mengandung cairan dan
partikel-partikel padat dengan menggunakan media filter yang hanya meloloskan
cairan dan menahan partikel-partikel padat.
Proses
pemisahan dengan cara filtrasi dibedakan berdasarkan adanya tekanan dan tanpa
tekanan. Proses pemisahan dengan tekanan, umumnya dengan cara divakumkan
(disedot dengan pompa vakum). Proses pemisahan dengan teknik ini sangat tepat
dilakukan, jika jumlah partikel padatnya lebih besar dibandingkan dengan
cairannya.
d. Pengempaan.
Ekstraksi
merupakan salah satu cara pemisahan satu atau lebih komponen dari suatu bahan
yang merupakan sumber komponen tersebut. Sebagai contoh adalah ekstraksi minyak
dari kopra atau biji-bijian; ekstraksi nira dari batang tebu; ekstraksi karoten
dari buah-buahan; ekstraksi cairan buah dari buah-buahan dan sebagainya.
Komponen
yang dipisahkan dengan ekstraksi dapat berupa padatan dari suatu sistem
campuran padat-cair, berupa cairan dari suatu sistem campuran cair-cair atau
berupa padatan dari suatu sistem padat-padat. Salah satu jenis ekstraksi adalah
dengan pengempaan. Biasanya ekstraksi dengan pengempaan dikenal dengan cara
mekanis. Ekstraksi cara mekanis hanya dapat dilakukan untuk pemisahan komponen
dalam sistem campuran padat-cair. Sebagai contoh adalah ekstraksi minyak dari
biji-bijian.
Jumlah
ekstrak yang dihasilkan pada operasi ekstraksi pengempaan/penekanan dipengaruhi
oleh beberapa faktor diantaranya :
1.
Besarnya tekanan
2.
Lamanya penerapan tekanan maksimum
3.
Besar Kecilnya bahan yang diekstrak
4.
Karakteristik fisik komponen padatannya (keras, liat,
rapuh, dan lunak)
5.
Kekentalan cairan yang diekstrak
Jenis alat kempa yang dikenal, yaitu
:
1.
Kempa Hydraulik (Hydraulic Press)
2.
Kempa Ulir (Screw Press).
Kempa Ulir (Screw Press) dalam
penggunaannya lebih menguntungkan dibandingkan dengan kempa Hydraulik
(Hydraulic Press).
1. Bekerja secara kontinyu.
2. Kapasitas Olahnya tinggi.
3. Efisiensi pengempaan lebih tinggi
(kehilangan Minyak kecil).
4. Pemakaian tenaga (Operator) yang
sedikit.
Sedangkan kelemahan Screw Press
terutama adalah karena tingginya persentase biji yang pecah & kadang-kadang
sulit untuk dimonitor secara visual.