1
Preparasi Kolom Microbore Monolith Berbasis Polistirena untuk
Pemisahan Alkilbenzena Menggunakan Kromatografi Cair
Kinerja Tinggi
Aprilia Nur Tasfiyati1), Wigang Solandjari1), Elvina Dhiaul Iftitah1), Akhmad Sabarudin 1,2,)*
1) Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Brawijaya
2) Pusat Penelitian Advanced System and Material Technology (ASMAT), Universitas Brawijaya
Diterima 31 Maret 2015, direvisi 07 Juli 2015
ABSTRAK
Dalam penelitian ini, monolith polimer organik berbasis polistirena dikembangkan sebagai kolom
kromatografi fasa terbalik pada kromatografi cair kinerja tinggi (KCKT) untuk pemisahan senyawa-
senyawa dengan ukuran molekul kecil, yaitu alkilbenzena. Kolom monolith dibuat dalam kolom silicosteel
berukuran microbore (100 1,02 mm i.d) secara polimerisasi in situ menggunakan styrene sebagai
monomer, divinilbenzena sebagai crosslinker, porogen, dan inisiator radikal 2,2’-azobis(isobutyronitrile).
Morfologi kolom monolith dipelajari menggunakan SEM. Karakter monolith seperti permeabilitas,
porositas, dan distribusi ukuran monolith juga dipelajari dengan detil. Dari hasil karakterisasi 9 variasi
komposisi monolith, monolith PS-DVB dengan komposisi %T 30, %C 50 menggunakan porogen yang
terdiri dari toluena:1-dekanol (3:7 v/v) merupakan komposisi yang ideal dan dapat memberikan hasil yang
terbaik untuk pemisahan alkilbenzena. Monolith ini mempunyai jumlah piringan teoritis (N) sebesar
17260/m kolom, serta memiliki proporsi flow-through pore dan mesopore yang relatif seimbang, yaitu
berturut-turut sebesar 47% dan 44%. Performa kolom monolith juga dibandingkan dengan kolom
monolith komersial Proswift RP-4H. Kolom monolith PS-DVB yang dibuat dalam penelitian ini
menunjukkan hasil yang lebih baik daripada kolom monolith komersial.
Kata kunci : kolom monolith, microbore, polistirena, kromatografi cair fasa terbalik, alkilbenzena
ABSTRACT
In this study, polystyrene-based monolith was developed as reversed phase column in high
performance liquid chromatography (HPLC) for separation of small molecule sample (alkylbenzene).
Polystyrene-based monolithic column was prepared in microbore silicosteel column (100 x 1.02 mm i.d.) by
in-situ polymerization reaction using styrene as monomer, divinylbenzene as crosslinker, porogenic
solvents, with the presence of radical initiator 2,2’-azobis(isobutyronitrile). The morphology of the
monolithic column was studied by SEM. The properties of the monolithic column, such as permeability,
mechanical stability, binding capacity and pore size distribution, were characterized in detail. From the
characterization results of 9 monolith variation, monolith PS-DVB with %T 30, %C 50, using toluene:1-
decanol (3:7 v/v) as porogenic solvent was found to be the ideal composition and gave the best separation of
alkylbenzene. It has theoretical plate value (N) of 17260/m column, also has relatively equal proportion of
flow-through pore and mesopores (47% and 44% respectively). The performance of monolithic column was
also compared with commercially available monolithic column Proswift RP-4H. PS-DVB monolith
prepared in this study shown its superiority over commercial one.
Keywords : monolithic column, microbore, polystyrene, reversed phase liquid chromatography, alkylbenzene
PENDAHULUAN
Monolith adalah material berpori kontinyu
dengan struktur pori yang terdiri dari 3 jenis
ukuran, yaitu micropore (<2 nm), mesopore (2-
NATURAL B, Vol. 3, No. 1, April 2015
NATURAL B, Vol. 3, No. 2, Oktober 2015
---------------------
*Corresponding author:
Phone: +62-341-575838, Fax: +62-341-554403,
E-mail: [email protected]; [email protected]
104
Preparasi Kolom Microbore Monolith Berbasis Polistirena untuk Pemisahan Alkilbenzena Menggunakan
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi
50 nm), dan macropore/flow-through pores
(>50 nm). Sebagai media pemisahan, monolith
telah banyak diaplikasikan sebagai pengganti
kolom partikel konvensional yang selama ini
digunakan dalam KCKT. Variasi dan aplikasi
kolom monolith telah berkembang dengan pesat
dalam dekade terakhir ini dan memainkan
peranan yang sangat penting dalam ilmu kimia
pemisahan [1,2].
Keuntungan kolom monolith terutama
terletak pada kemudahan produksinya yang
dapat dibuat secara langsung di dalam kolom
secara in situ dan terikat secara kovalen pada
dinding kolom, sehingga tidak memerlukan
stopper untuk menahan monolith pada
tempatnya. Selektivitas monolith dapat dengan
mudah diubah secara in situ dengan
penambahan gugus aktif yang selektif melalui
kopolimerisasi monomer fungsional, post-
polimerisasi untuk modifikasi situs reaktif,
maupun foto-grafting pada permukaan
monolith. Monolith mempunyai porositas lebih
tinggi daripada kolom partikel konvensional,
menyebabkan permeabilitas yang tinggi
sehingga dapat diaplikasikan untuk laju alir
yang tinggi dengan tekanan rendah tanpa
mengurangi efisiensi pemisahan dan tidak
berpotensi menimbulkan kerusakan baik pada
instrumen maupun pada kolom. Analisis dapat
dilakukan dalam waktu lebih singkat [3–6].
Penggunaan porositas dan ukuran pori yang
dapat divariasi, monolith terbukti dapat
berfungsi sebagai media pemisahan dalam
kromatografi untuk pemisahan berbagai analit,
mulai dari molekul berukuran kecil [3,7–8],
hingga makromolekul seperti peptida dan
protein [9–10], dan juga oligodeoxythymidylic
acids [2].
Monolith diklasifikasikan dalam 2 jenis,
yaitu monolith berbasis polimer organik dan
monolith berbasis silika. Monolith polimer
organik mempunyai lebih banyak keunggulan.
Keunggulan tersebut antara lain dapat
diaplikasikan pada rentang pH yang lebar, serta
kemudahan dalam proses preparasi dan
modifikasi. Sedangkan kelemahan monolih
polimer organik meliputi stabilitas mekanis
yang rendah dan keberadaan micropore yang
mengurangi efisiensi dalam pemisahan molekul
berukuran kecil. Kelemahan monolith polimer
organik dapat diatasi dengan optimasi
konsentrasi total monomer (%T) dan
konsentrasi crosslinker (%C) serta pemilihan
monomer dan porogen yang tepat [3].
Dari berbagai jenis monolith polimer
organik, monolith berbasis polistirena termasuk
salah satu yang paling umum digunakan sebagai
media pemisahan. Fasa diam berbasis
polistirena telah terbukti mempunyai stabilitas
kimia yang tinggi pada rentang pH yang lebar.
Kolom monolith berbasis polistirena telah
banyak digunakan secara luas untuk aplikasi
pemisahan berbagai jenis analit [11–13].
Monolith dalam penelitian ini dibuat dalam
kolom berukuran microbore (diameter 0,75–1,5
mm). Kolom jenis ini dapat dengan mudah
dihubungkan ke sistem KCKT standar tanpa
modifikasi apapun. Diameter kolom ini cukup
kecil sehingga diharapkan mempunyai
beberapa keuntungan dibandingkan dengan
kolom berdiameter besar, yaitu homogenitas
yang baik dan efisiensi pemisahan yang tinggi
terutama untuk sampel-sampel biologis dalam
jumlah kecil. Selain itu, konsumsi sampel dan
pelarut lebih sedikit sehingga lebih hemat dan
ramah lingkungan. Sedangkan kolom
berdiameter besar bersifat kurang homogen.
Homogenitas yang rendah disebabkan oleh
pengaruh pemanasan yang tidak merata dan
pengaruh gravitasi pada proses pembentukan
dan pengendapan polimer (growing
gravitational settling effect) [14–16].
Dalam penelitian ini dibuat monolith
polimer organik berbasis polistirena, yaitu poly-
(stirena-co-divinilbenzena) / PS-DVB, yang
disintesis secara in situ dalam kolom microbore
(1,02 mm i.d. x 100 mm). Berbagai jenis
porogen biner, konsentrasi total monomer (%T)
dan konsentrasi crosslinker (%C) dioptimasi
untuk menghasilkan monolith dengan
karakteristik terbaik, mencakup permeabilitas,
porositas, serta distribusi ukuran pori.
Morfologi monolith diobservasi menggunakan
scanning electron microscopy (SEM).
Kemudian, monolith dievaluasi performa
kromatografiknya dengan aplikasi pemisahan
sampel senyawa alkilbenzena.
METODE PENELITIAN
Bahan dan Instrumen Penelitian. Bahan-
bahan yang digunakan dalam penelitian ini
yaitu, stirena, divinilbenzena (DVB), 2,2’-
azobis(isobutironitril) (AIBN), isooktana,
etanol, 1,4-butanadiol, 1-dekanol,
105
Preparasi Kolom Microbore Monolith Berbasis Polistirena untuk Pemisahan Alkilbenzena Menggunakan
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi
isoamilalkohol, aseton, asetonitril dan
tetrahidrofuran (THF) berasal dari Wako Pure
Chemicals (Osaka, Jepang). Urasil, etilbenzena,
propilbenzena, butilbenzena, dan amilbenzena
diperoleh dari Tokyo Chemical Industries
(Jepang). Polistirena standar set (Mw 500-
2000000) dan bovine serum albumin (BSA)
berasal dari Sigma–Aldrich Jepang (Tokyo,
Jepang). HCl, NaOH, dan toluena dari Kanto
Chemicals (Tokyo, Jepang), sementara 3-
metakriloksipropil-trimetoksisilan (MAPS)
diperoleh dari Shin-etsu Chemicals (Tokyo,
Jepang). Semua bahan dengan kemurnian p.a
dan langsung digunakan tanpa proses purifikasi
lebih lanjut. Akuades dipersiapkan
menggunakan sistem purifikasi ELIX 10/Milli-
Q Element A-10 purification system (Nihon
Millipore Kogyo, Tokyo). Kolom silicosteel
(1,02 mm i.d, 1/16 inch o.d) berasal dari GL
sciences, Tokyo, Jepang.
Eksperimen kromatografi cair dilakukan
dengan menggunakan set KCKT prominence 20
dari Shimadzu Jepang yang dilengkapi dengan
software LabSolution, terdiri dari unit degasser
(DGU-20A), pompa (LC-20AD), oven (CTO-
20A), detektor UV/VIS (SPD-20A), semi-micro
flow cell (2.5 μL), Rheodyne 7125 injektor
dengan sample loop 1 μL, controller (CBM-
20A). Observasi morfologi menggunakan SEM
JEOL-JSM-6360LV (JEOL, Tokyo, Jepang).
Prosedur Kerja: Preparasi Monolith
poly-(GMA-co-EDMA). Silanasi kolom
dilakukan dengan mengadopsi prosedur yang
dilakukan oleh Shu et al. [14]. Kolom silicosteel
secara berurutan dicuci dengan akuades, 0,2 M
NaOH, akuades, 0,2 M HCl, akuades, dan
aseton menggunakan syringe. Kemudian diisi
dengan 30% MAPS dalam aseton dan kedua
ujung kolom ditutup, lalu ditempatkan didalam
oven pada suhu 60°C selama 12 jam. Setelah
proses silanisasi ini selesai, kolom silicosteel
dicuci dengan aseton, dipotong-potong
sepanjang 10 cm, dan siap diisi dengan larutan
polimer.
Campuran larutan polimer untuk
pembuatan monolith PS-DVB terdiri dari
styrene (monomer fungsional), DVB
(crosslinker), porogen, dan AIBN (inisiator)
yang dioptimasi dengan komposisi seperti pada
Tabel 1. Larutan polimer pada berbagai
komposisi tersebut dimasukkan ke dalam kolom
silicosteel dengan menggunakan syringe, lalu
ditutup kedua ujungnya dan selanjutnya
dilakukan polimerisasi di dalam oven pada suhu
70°C selama 20 jam. Setelah proses
polimerisasi berakhir, kolom kemudian
dihubungkan dengan pompa KCKT dan dicuci
dengan etanol dan air untuk menghilangkan
sisa-sisa komponen yang tidak bereaksi.
Uji Permeabilitas. Monolith PS-DVB
yang dihasilkan diuji permeabilitasnya dengan
cara mengukur tekanan balik yang dihasilkan
dari elusi dengan fasa gerak asetonitril-air
(50:50 v/v) pada laju alir konstan 0,1 mL/menit.
Permeabilitas monolith ditentukan dari tekanan
balik yang terukur ketika dialiri fasa gerak.
Semakin besar tekanan balik yang terukur,
semakin kecil permeabilitas monolith.
Tabel 1. Komposisi dan data tekanan balik monolith PS-DVB
Monolith %T a) %C b) Porogen AIBN c) Tekanan Balik
(Mpa)
I 40 50 Toluena : 1-Dekanol (3:7 v/v) 1% w/v >40 d)
II 40 10 Toluena : 1-Dekanol (3:7 v/v) 1% w/v >40 d)
III 30 50 Toluena : 1-Dekanol (3:7 v/v) 1% w/v 2,1
IV 30 25 Toluena : 1-Dekanol (3:7 v/v) 1% w/v 1,1
V 30 10 Toluena : 1-Dekanol (3:7 v/v) 1% w/v 0,8
VI 20 50 Toluena : 1-Dekanol (3:7 v/v) 1% w/v 0,2
VII 40 50 1,4-Butanadiol : Isoamilalkohol (3:7 v/v) 1% w/v 0,2
VIII 40 50 Toluena : Isooktana (5:5 v/v) 1% w/v >40 d)
IX 40 50 THF : 1-Dekanol (2:13 v/v) 1% w/v >40 d)
a) %𝑇 =𝑉𝑠𝑡𝑖𝑟𝑒𝑛𝑎+𝑉𝐷𝑉𝐵
𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑉 𝑙𝑎𝑟𝑢𝑡𝑎𝑛 𝑝𝑜𝑙𝑖𝑚𝑒𝑟× 100%
b) %𝐶 =𝑉𝐷𝑉𝐵
𝑉𝑠𝑡𝑖𝑟𝑒𝑛𝑎+𝑉𝐷𝑉𝐵× 100%
c) Jumlah AIBN sebagai inisiator adalah 1% w/v yang dihitung berdasarkan total monomer (volume styrene + volume
DVB). d) Tekanan balik sangat tinggi melebihi kemampuan kerja pompa KCKT yang digunakan (maximum 40 MPa).
106
Preparasi Kolom Microbore Monolith Berbasis Polistirena untuk Pemisahan Alkilbenzena Menggunakan
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi
Uji Distribusi Pori Metode ISEC. Inverse
size exclusion chromatography (ISEC)
dilakukan dengan menggunakan polistirena
standar dan toluen. Volume untuk injeksi diatur
1 μL untuk masing-masing standar, dengan laju
alir 0,1 mL/menit dijaga konstan pada suhu
27C. THF digunakan sebagai fasa gerak dan
deteksi dilakukan pada 254 nm yang
memberikan serapan maksimum bagi
polistirena. Untuk perhitungan proporsi flow-
through pores, mesopore, dan micropore
dilakukan menurut metode yang dilakukan oleh
Al-Bokari et al. [17].
Aplikasi Pemisahan Sampel
Alkilbenzena. Untuk pemisahan alkilbenzena,
digunakan sampel campuran yang terdiri dari
uracil (marker, unretained molecule), toluen,
etil benzena, propil benzena, butil benzena, dan
amil benzena. Monolith PS-DVB dipasangkan
pada KCKT prominence 20. Pemisahan
dilakukan secara isokratik dengan komposisi
fasa gerak asetonitril-air (50:50 v/v), pada suhu
27C, laju alir 0,1 mL/menit, dan dideteksi
menggunakan detektor UV pada 214 nm.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan Kolom Monolith PS-DVB
Sebelum dilakukan in situ polimerisasi
monolith di dalam kolom silicosteel, dilakukan
proses silanasi terlebih dahulu dengan MAPS,
yaitu modifikasi terhadap permukaan dinding
bagian dalam kolom untuk memberikan gugus
fungsi yang dapat berikatan secara kovalen
dengan polimer monolith. Reaksi silanasi pada
permukaan dinding kolom silicosteel
ditunjukkan pada Gambar 1 [18].
Kolom monolith PS-DVB dalam penelitian
ini dibuat dalam 9 variasi komposisi
sebagaimana tercantum dalam Tabel 1. Reaksi
yang terjadi selama polimerisasi berlangsung
diilustrasikan pada Gambar 2. Reaksi
polimerisasi berlangsung secara polimerisasi
adisi (chain-growth reaction) dengan
melibatkan inisiasi radikal bebas.
Hasil pengamatan SEM pada Gambar 3
menunjukkan bahwa semua monolith yang
dihasilkan merupakan jaringan berpori
kontinyu dengan struktur globular.
Gambar 1. Reaksi modifikasi permukaan dinding kolom silika dengan MAPS
Gambar 2. Reaksi polimerisasi styrene dengan DVB membentuk PS-DVB
107
Preparasi Kolom Microbore Monolith Berbasis Polistirena untuk Pemisahan Alkilbenzena Menggunakan
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi
Gambar 3. Foto SEM monolith PS-DVB pada berbagai komposisi dengan pembesaran 5000x
Permeabilitas Kolom Monolith PS-DVB.
Dari uji permeabilitas diperoleh nilai tekanan
balik untuk setiap komposisi monolith
sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 1.
Monolith I, II, VIII, dan IX mempunyai
permeabilitas yang tidak diinginkan,
diindikasikan dari tekanan balik yang sangat
besar (>40 MPa). Dari fenomena ini, diduga
bahwa monolith-monolith pada komposisi
tersebut didominasi oleh karakter micropore
atau bahkan lebih kecil lagi yang
mengakibatkan transfer massa kurang baik.
Sementara itu, rendahnya tekanan balik pada
monolith III, IV, V, VI, dan VII
mengindikasikan bahwa monolith ini
mempunyai permeabilitas yang baik, dan
didominasi oleh karakter mesopore dan flow-
through pore.
Data permeabilitas tersebut diperkuat
dengan hasil uji SEM sebagaimana terlihat pada
Gambar 3. Dari observasi morfologi tersebut
dapat diketahui bahwa diameter globule untuk
monolith I, VIII, dan XI berkisar pada ukuran
<0,1 μm, sedangkan ukuran flow-through pore
yang berperan penting pada permeabilitas tidak
dapat ditentukan karena terlalu kecil (hampir
tidak ada). Dari hasil ini semakin mendukung
bahwa monolith dengan komposisi tersebut
mempunyai permeabilitas yang kurang baik,
ditandai dengan resistansi aliran yang besar
(high flow resistant). Atas dasar fakta ini,
monolith I, II, VIII, dan IX tidak digunakan
untuk pengujian selanjutnya.
Hal yang berbeda ditunjukkan oleh
monolith III, IV, V, VI, dan VII. Monolith III
mempunyai diameter globule sebesar 0,5–0,6
μm dengan flow-through pore bervariasi hingga
1,5 μm. Monolith IV dan V mempunyai ukuran
yang hampir sama untuk diameter globule
sebesar 0,8–1,2 μm dan flow-through pore
hingga 2 μm. Adapun monolith VI dan VII
mempunyai diameter globule berkisar 1,7–2,2
μm, dengan flow-through pore bervariasi
hingga 5 μm. Dari fakta ini membuktikan
bahwa monolith III, IV, V, VI, dan VII
mempunyai permeabilitas yang baik, ditandai
dengan resistansi aliran yang relatif kecil (low
flow resistant).
Porositas dan Distribusi Pori Monolith.
Untuk mengetahui distribusi flow-through
pores, mesopore, dan micropore, maka
dilakukan ISEC, yang merupakan salah satu
metode untuk menentukan distribusi ukuran
pori dari suatu kolom. Metode ini sangat ideal
untuk diaplikasikan pada kolom monolith,
karena memungkinkan untuk dilakukan tanpa
destruksi monolith. Disamping itu karena
monolith dalam penelitian ini digunakan dalam
kromatografi cair, maka informasi distribusi
pori monolith yang terukur dalam kondisi basah
lebih diperlukan daripada porositas yang
108
Preparasi Kolom Microbore Monolith Berbasis Polistirena untuk Pemisahan Alkilbenzena Menggunakan
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi
terukur dalam keadaan kering.
ISEC dilakukan menggunakan polistirena
standard (MW = 500, 2000, 3000, 10000,
20000, 30000, 70000, 150000, 300000, 700000,
1000000, 2000000) yang dilewatkan melalui
kolom monolith. Toluen berperan sebagai analit
terkecil yang dapat mengakses semua pori pada
monolith. Melalui uji ini diperoleh hasil
sebagaimana terlihat pada Gambar 4.
Berdasarkan Gambar 4(a) dapat ditentukan
total porositas (εt), porositas eksternal (εe), dan
porositas internal (εi). Hasil perhitungan
porositas monolith ditampilkan pada Tabel 2,
menunjukkan porositas eksternal yang lebih
besar dari porositas internal pada semua
monolith yang diuji. Hal ini menandakan
jumlah flow-through pore lebih dominan
daripada jumlah mesopore. Kondisi ini sangat
menguntungkan untuk proses transfer massa
yang efektif di dalam kolom monolith.
Berdasarkan Gambar 4(b) dapat ditentukan
distribusi ukuran pori dari perhitungan fraksi
volume. Hasil perhitungan distribusi flow-
trough pore/macropore, mesopore, dan
micropore ditampilkan pada Tabel 2. Dengan
jumlah flow-through pore yang dominan maka
dapat menghasilkan transfer massa yang efisien
didalam monolith sehingga analisis sampel
dapat dilakukan dengan cepat. Jumlah
mesopore yang besar akan menyediakan luas
permukaan yang memadai untuk interaksi
efektif antara sampel dengan permukaan
monolith sehingga dapat menghasilkan
pemisahan dengan resolusi yang baik.
Sementara itu, terbentuknya micropores kurang
disukai karena dapat menyebabkan adsorpsi
irreversible (adsorpsi tidak dapat balik)
terhadap sampel yang digunakan, serta
terjadinya pelebaran puncak yang pada
akhirnya akan mengurangi efisiensi pemisahan.
Jumlah micropore yang sangat kecil dan tidak
signifikan pada Tabel 2 (<10%) memberikan
keuntungan karena dapat mencegah terjadinya
adsorpsi irreversible, terutama untuk sampel-
sampel biomolekul. Dengan demikian monolith
yang dibuat dalam percobaan ini dapat
diaplikasikan secara luas, tidak terbatas pada
sampel senyawa-senyawa alkilbenzena atau
molekul berukuran kecil lainnya, tetapi juga
dapat diaplikasikan untuk sampel-sampel
biologi atau biomolekul seperti DNA, protein,
asam amino, dll.
Gambar 4. Plot ISEC untuk penentuan porositas (a) dan distribusi ukuran pori (b) dari monolith PS-DVB III, V, VI, dan VII.
Tabel 2. Porositas dan distribusi ukuran pori monolith PS-DVB
Monolith Total Porositas /
εt (%)
Porositas
Eksternal / εe (%)
Porositas
Internal / εi
(%)
Micropore
(%)
Mesopore
(%)
Macropore /
Flow-through
Pore (%)
III 90,8 47,4 43,4 9 44 47
V 94,3 65,6 28,7 4 30 66
VI 98,9 82,8 16,1 2 16 82
VII 67,5 49,9 17,6 1 23 76
109
Preparasi Kolom Microbore Monolith Berbasis Polistirena untuk Pemisahan Alkilbenzena Menggunakan
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi
Berdasarkan Tabel 2, monolith III
mempunyai karakter yang lebih baik dalam hal
jumlah mesopore dibandingkan dengan
monolith lainnya. Monolith III memiliki
keseimbangan antara proporsi flow-through
pore (untuk transfer massa secara konvektif)
dan proporsi mesopores (untuk interaksi yang
efektif), serta mempunyai proporsi micropores
seminimal mungkin. Kombinasi proporsi
tersebut akan memberikan binding capacity
yang baik dan pemisahan yang efisien untuk
aplikasi kolom pada laju alir yang tinggi dengan
tekanan relatif rendah.
Aplikasi Pemisahan Sampel
Alkilbenzena. Untuk mengetahui performa
monolith PS-DVB dalam pemisahan dan
analisis molekul berukuran kecil, maka
dilakukan evaluasi untuk pemisahan senyawa-
senyawa turunan alkilbenzena. Dalam
penelitian ini juga digunakan kolom monolith
komersial Proswift RP-4H dari Dionex untuk
memisahkan sampel yang sama, untuk
kemudian dibandingkan hasilnya dengan
monolith yang dikembangkan pada penelitian
ini. Hasil pemisahan senyawa-senyawa
alkilbenzena dapat dilihat pada Gambar 5.
Berdasarkan Gambar 5 diketahui bahwa
monolith VI, VII, dan monolith komersial
Proswift RP-4H tidak mampu untuk
memisahkan sampel-sampel alkilbenzena. Hal
ini berkaitan dengan jumlah karakter mesopore
sebagai media interaksi antara sampel dengan
monolith yang lebih kecil dibandingkan
monolith lainnya sebagaimana didukung oleh
fakta pada Tabel 2. Monolith komersial
Proswift RP-4H juga tidak mampu memisahkan
sampel-sampel alkil benzena. Sedangkan kolom
III, IV, dan V mampu memberikan pemisahan
yang cukup baik, ditandai dengan munculnya
puncak-puncak terpisah pada kromatogram.
Gambar 5. Pemisahan alkilbenzena menggunakan
monolith PS-DVB III-VII dan kolom
monolith komersial Proswift RP-4H (Dionex) sebagai fase diam. Fasa gerak:
asetonitril-air (50:50 v/v), laju alir: 0,1
mL/min (isokratik), panjang gelombang: 214
nm, suhu: 27C. Sampel: (*) urasil, (1) toluena, (2) etilbenzena, (3) propilbenzena,
(4) butilbenzena, (5) amilbenzena
Tabel 3. Kapasitas faktor dan jumlah piringan teoritis (N) PS-DVB monolith untuk pemisahan alkilbenzena
Monolith Kapasitas Faktor N
(plates/m kolom) Toluena Etilbenzena Propilbenzena Butilbenzena Amilbenzena
III 13,66 21,24 34,14 56,71 93,03 17260
IV 13,05 20,22 32,42 54,22 88,84 11022
V 10,97 17,58 26,77 43,67 70,97 1800
Berdasarkan hasil kromatogram, dapat
dihitung kapasitas faktor dan jumlah piringan
teoritis (N) dari monolith III, IV, dan V
sebagaimana disajikan pada Tabel 3.
Perhitungan N didasarkan pada waktu retensi
dan lebar puncak dari amilbenzena. Dari hasil
percobaan ini dapat diketahui bahwa monolith
III merupakan monolith dengan komposisi
terbaik untuk dapat diaplikasikan dalam
pemisahan molekul alkilbenzena berukuran
kecil, dengan nilai N mencapai 17260 plate/m
kolom. Nilai N pada monolith ini lebih besar
daripada monolith serupa yang dikembangkan
oleh Zhang et al. [8] dengan nilai N 11290
plate/m. Hal ini menunjukkan performa yang
lebih baik dalam memisahkan molekul
berukuran kecil.
110
Preparasi Kolom Microbore Monolith Berbasis Polistirena untuk Pemisahan Alkilbenzena Menggunakan
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi
KESIMPULAN
Kolom monolith PS-DVB telah berhasil
dibuat secara polimerisasi in situ dalam kolom
silicosteel berukuran microbore dengan
diameter 1,02 mm. Dari hasil optimasi 9 variasi
komposisi monolith, monolith PS-DVB dengan
komposisi %T 30, %C 50, menggunakan
porogen biner yang terdiri dari toluena:1-
dekanol (3:7 v/v) memberikan hasil yang
terbaik untuk pemisahan molekul berukuran
kecil. Adapun N dari monolith ini sebesar
17260/m kolom dengan jumlah mesopore 44%
dan flow-through pore 47%. Macropore yang
dominan pada monolith ini memberikan
transfer massa yang efisien sehingga analisis
sampel dapat dilakukan dengan cepat, sedang
jumlah mesopore dapat mengefektifkan
interaksi antara sampel dengan permukaan
monolith sehingga menghasilkan pemisahan
dengan resolusi yang baik. Jumlah micropore
yang kecil (<10%) dapat mencegah terjadinya
irreversible adsorption terhadap sampel.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini didanai oleh Hibah Unggulan
Universitas (No. 023.04.2.414989/2013-2014)
dari Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi,
Kementerian Pendidikan dan Kebudayaan,
Indonesia.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Urban, J., S. Eeltink, P. Jandera, P.J.
Schoenmakers (2008), Characterization of
polymer-based monolithic capillary
columns by inverse size-exclusion
chromatography and mercury-intrusion
porosimetry, J. Chromatogr. A, 1182, 161-
168.
[2] Sabarudin, A., J. Huang, S. Shu, S.
Sakagawa, T. Umemura (2012).
Preparation of methacrylate-based anion-
exchange monolithic microbore column
for chromatographic separation of DNA
fragments and oligonucleotides, Anal.
Chim. Acta, 736, 108-114.
[3] Ueki, Y., T. Umemura, J. Li, T. Odake,
K.I. Tsunoda (2004), Preparation and
application of methacrylate-based cation-
exchange monolithic columns for capillary
ion chromatography, Anal. Chem., 76,
7007-7012.
[4] Nema, T., E.C.Y. Chan, P.C. Ho (2014),
Applications of monolithic materials for
sample preparation, J. Pharmaceut.
Biomed., 87, 130-141.
[5] Schaller, D., E.F. Hilder, P.R. Haddad
(2006), Monolithic stationary phases for
fast ion chromatography and capillary
electrochromatography of inorganic ions,
J. Sep. Sci., 29, 1705-1719.
[6] Arrua, R.D., M. Talebi, T.J. Causon, E.F.
Hilder (2012), Review of recent advances
in the preparation of organic polymer
monoliths for liquid chromatography of
large molecules, Anal. Chim. Acta, 738, 1-
12.
[7] Urban, J., F. Svec, J.M.J. Fréchet (2010),
Efficient separation of small molecules
using a large surface area hyper-
crosslinked monolithic polymer capillary
column, Anal. Chem., 82, 1621-1623.
[8] Zhang, Y.P., W. Li, X.J. Wang, L.B. Qu,
G.L. Zhao, Y.X. Zhang (2009), Fast
preparation of polystyrene-based monolith
using microwave irradiation for micro-
column separation, Anal. Bioanal. Chem.,
394, 617–623.
[9] Levkin, P.A., S. Eeltink, T.R. Stratton, R.
Brennen, K. Robotti, H. Yin, K. Killeen, F.
Svec, J.M.J. Fréchet (2008), Monolithic
porous polymer stationary phases in
polyimide chips for the fast high
performance liquid chromatography
separation of proteins and peptides, J.
Chromatogr. A, 1200, 55-61.
[10] Krenkova, J., A. Gargano, N.A. Lacher,
J.M. Schneiderheinze, F. Svec (2009),
High binding capacity surface grafted
monolithic columns for cation exchange
chromatography of proteins and peptides,
J. Chromatogr. A, 1216, 6824-6830.
[11] Huang, H.Y., Y.C. Liu, Y.J. Cheng (2008),
Development of capillary
electrochromatography with poly-
(styrene-divinylbenzene-vinyl benzene
sulfonic acid) monolith as the stationary
phase, J. Chromatogr. A, 1190, 263-270.
[12] Huang H.Y., I.Y. Huang, H.Y. Lin (2006),
Separation of parabens in capillary
electrochromatography using poly-
111
Preparasi Kolom Microbore Monolith Berbasis Polistirena untuk Pemisahan Alkilbenzena Menggunakan
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi
(styrene-divinyl benzene-methacrylic
acid) monolithic columns, J. Sep. Sci., 29,
2038–2048.
[13] Huang H.Y., H.Y. Lin, S.P. Lin (2006),
CEC with monolithic poly(styrene-
divinylbenzene-vinylsulfonic acid) as the
stationary phase, Electrophoresis, 27,
4674–4681.
[14] Shu, S., H. Kobayashi, N. Kojima, A.
Sabarudin, T. Umemura (2011),
Preparation and characterization of lauryl
methacrylate-based monolithic microbore
column for reversed-phase liquid
chromatography, J. Chromatogr. A, 1218,
5228-5234.
[15] Shu, S., H. Kobayashi, M. Okubo, A.
Sabarudin, M. Butsugan, T. Umemura
(2012), Chemical anchoring of lauryl
methacrylate-based reversed phase
monolith to 1/16” o.d.
polyetheretherketone tubing, J.
Chromatogr. A, 1242, 59-66.
[16] Umemura, T., Y. Ueki, K. Tsunoda, A.
Katakai, M. Tamada, H. Haraguchi
(2006), Preparation and characterization of
methacrylate-based semi-micro monoliths
for high-throughput bioanalysis, Anal.
Bioanal. Chem., 386 566-571.
[17] Al-Bokari, M., D. Cherrak, G. Guiochon
(2002), Determination of the porosities of
monolithic columns by inverse size-
exclusion chromatography, J.
Chromatogr. A, 975, 275-284.
[18] Bystrom, E. (2009), Porous polymeric
materials for chromatography : Synthesis,
functionalization and characterization,
Department of Chemistry, Umea
University.
Top Related