SEPARASI, SPESIASI DAN FRAKSINASI 11

7. ASPEK DINAMIS ANALISIS SPESIASI

Dynamic spesiasi tidak hanya berkaitan dengan distribusi kesetimbangan dari spesies yang berbeda, tetapi juga dengan kinetika interkonversinya. Pengetahuan tentang dinamika spesiasi diperlukan untuk memahami sifat nonequilibrium seperti proses transportasi dan proses konsumtif seperti reaksi bahan kimia atau penyerapan biologis. pemahaman semacam sistem yang kompleks juga merupakan prasyarat untuk penafsiran yang tepat dari data analisis yang diperoleh dari teknik nonequilibrium. Bagian ini dimaksudkan untuk menekankan arti dari sifat dinamika atau nondynamika metode yang ada untuk analisis spesiasi, dan untuk membangun hubungan antara skala waktu operasional dari suatu teknik yang diberikan dan dinamika respon dari sistem yang kompleks dalam hal parameter tingkat asosiasi/disosiasi reaksi yang bertanggung jawab  . Dalam melakukannya, akan sangat membantu untuk menentukan rentang nilai parameter  seperti konstanta kesetimbangan termodinamika, dan kisaran tingkat konstanta ditutupi dengan teknik tertentu. Seperti rentang/cakupan sering dinotasikan sebagai "jendela/windows", yang berguna untuk memahami data analitis kuantitatif.

Dalam analisis spesiasi logam dinamis, parameter yang berkaitan dengan reaksi volume dan reaksi antarmuka harus dipertimbangkan di samping windows termodinamika dan kinetik. Teori yang mendasari dapat ditemukan dalam literatur khusus dan terangkum di bawah. sifat dinamika reaksi volume: Mari kita mempertimbangkan skema sederhana dari sebuah ion logam M yang dapat mengasosiasikan dengan ligan, L, untuk membentuk spesies kompleks ML

M + L  ML (→ k_a; ← k_d)

Tingkat konstan untuk reaksi asosiasi dinotasikan sebagai ka, dan untuk reaksi disosiasi dengan kd. Rasio Selisih k_a/k_d adalah konstanta kestabilan termodinamika K. Untuk konsentrasi ligan cukup berlebih di dibanding konsentrasi logam, reaksi asosiasi menjadi orde pseudo -pertama dengan tinkat konstan k_a', sama dengan k_ac_L. Hal ini, merupakan suatu penyederhanaan yang tidak selalu berlaku. jenis logam yang terlibat dalam reaksi pembentukan kompleks memiliki daya tahan karakteristik yang berasal dari konstanta laju reaksi, 1/k_a 'dan 1/k_d masing-masing untuk M dan ML. Pada skala waktu t banyak lebih besar dari daya tahan dan ML M, masing-masing ion logam individu sering berubah dari M ke ML dan sebaliknya. Keadaan seperti ini dinyatakan sebagai "dinamis" dan mematuhi kondisi

k_a't dan k_d t>> 1

Kasus pembatas lainnya adalah di mana daya tahan M dan ML jauh lebih besar daripada operasional skala waktu. Perubahan konsentrasi spesies ini kemudian tidak diikuti secara signifikan (kembali) equilibrium. kasus ini didefinisikan dengan

 k_a't dan k_d’t <<1

yang disebut sebagai "statis" dan spesies kompleks sering disebut "inert". Kondisi di atas untuk perilaku dinamis atau statis prihatin dengan karakteristik laju reaksi volume. Mereka tidak hanya menentukan apakah sistem mampu mencapai kesetimbangan dalam waktu tertentu, tetapi juga apa yang terdeteksi oleh metode analisis konsumtif  bulk seperti teknik pertukaran atau titrasi. Bahkan jika seseorang hanya tertarik pada spesiasi keseimbangan, dan menerapkan metode analisis nonconsumptive, itu berguna untuk mempertimbangkan kondisi di atas, karena mereka sangat membantu dalam memastikan keseimbangan maupun tidak ada sama sekali.

Telah ditunjukkan oleh Eigen dalam sistem cairan laju reaksi pembentukan kompleks ditentukan oleh tingkat dehidrasi kulit dalam hidrasi ion logam. Hal ini berlaku untuk berbagai ligan dan memungkinkan kita untuk membuat estimasi apriori dari karakter sistem dinamis kompleks dari nilai tabulasi dari kestabilan k_a dan K (dari nilai yang berasal kd untuk diberikan ka). Sifat dinamik reaksi antarmuka: Selanjutnya kita harus mempertimbangkan apa yang terjadi jika, misalnya, M logam-bebas diambil pada interface yang berada dalam kontak dengan larutan homogen mengandung M dan ML. Mungkin antarmuka beberapa permukaan sensor analitis seperti elektroda, sebuah membran speciesselective, antarmuka size-exclusion/ukuran-pengecualian, permukaan organisme, dll. Dalam kasus membatasi dimana antarmuka bertindak sebagai wadah yang sempurna untuk M, Proses transfer pada antarmuka yang lebih cepat dari proses transportasi dan/atau kinetika reaksi volume dalam larutan. Skema ini:

ML L + M → transfer antarmuka cepat

Fluks yang dihasilkan dari M dapat ditemukan dengan memecahkan persamaan konservasi untuk spesies yang berbeda bawah kondisi awal dan batas yang sesuai. Untuk kasus ligan berlebihan (CL>> cM CML), yang hasil dalam hal fluks antarmuka J_M dapat diturunkan secara analitis. Penurunan ini menunjukkan bahwa ada beberapa kasus menarik yang membatasi. Yang paling penting adalah ditemukan dalam kategori sistem dinamis dan memperhatikan definisi kelabilan.

Dalam konteks reaksi antarmuka M-selektif, sebuah ML kompleks dianggap 'labil' jika kinetika assosiasi/dissosiasi flux murni J_M itu yang begitu cepat dikendalikan oleh difusi penggabungan M dan ML. Untuk kasus difusi linier semi-infinite dan kinetika reaksi orde pseudo-pertama, kondisi kelabilan adalah

dimana ε adalah koefisien rasio difusi D_ML /D_M dan K' adalah k'_a/k_d. Keadaan-setara ini ekivalen kriteria ukuran kelabilan sebuah ketebalan lapisan difusi waktu t. Penting untuk menekankan bahwa gagasan lability tergantung pada kondisi percobaan. Dalam konteks ini sebuah antarmuka reaksi, mengacu pada kombinasi dua kondisi: satu pada reaksi volume dan satu lagi pada fluks menuju interface.

Metode untuk analisis spesiasi mungkin didasarkan

i)                    Pada reaksi bulk menyertakan kompetisi (Misalnya, pertukaran ligan) atau

ii)                  pada reaksi antarmuka (misalnya, elektroda pengukuran).

Anda juga bisa membedakan antara deteksi spesies-selektif nonconsumptive dalam bulk (misalnya, spektrofotometri langsung) atau yang sama pada antarmuka (misalnya, potensiometri elektroda ion-selektif). Untuk semua metode massal, kesetimbangan mensyaratkan bahwa kondisi perilaku dinamis terpenuhi. Ini berarti bahwa skala waktu operasional harus cukup besar dibandingkan dengan konstanta laju kebalikan dari reaksi volume. Dalam stepwise eksperimen seperti titrasi, kondisi tersebut berlaku untuk waktu antar dua langkah. Untuk nonequilibrium antar muka metode, analisis spesiasi lebih rumit dan membutuhkan pertimbangan lability tersebut.

+++++++UNTUK MENDAPATKAN TULISAN LEBIH LENGKAP DAN/ATAU SUMBER ASLI DAPAT KONTAK KE = aungsumbono@gmail.com   +++++++++++++++++++++++++++++++++ 

SEPARASI, SPESIASI DAN FRAKSINASI 10

6. PENDEKATAN METODOLOGIS UNTUK FRAKSINASI

Sebuah contoh khas dari prosedur pasti operasional fraksinasi adalah untuk aluminium di perairan alam. Metode ini didasarkan pada diskriminasi kinetik, hanya spesies-spesies aluminium berukuran yang bereaksi dalam jangka waktu yang ditentukan oleh prosedur analitis. Dalam rangka untuk mencapai konsistensi antara hasil yang diperoleh menggunakan metode yang berbeda dan dengan analis yang berbeda adalah penting untuk memvalidasi prosedur sejauh mungkin terhadap spesies larutan yang relevan dengan diketahui konsentrasi dan diketahui tingkat kelabilannya. Prosedur untuk aluminium "reaktif" dapat divalidasi berdasarkan interaksi antara aluminium dan fluorida dalam larutan sintetis. Contoh lain adalah fraksinasi menggunakan membran dengan ukuran pori yang berbeda. Yang paling jelas fraksi adalah spesies terlarut dan partikulat, tetapi fractionations menurut ukuran molekul juga mungkin menggunakan membran yang tepat. Namun, satu hal yang harus diingat bahwa perbedaan antara terlarut dan fraksi partikulat adalah tak beraturan dan bahwa hasil yang diperoleh dengan yang diberikan set-up yang kritis tergantung pada kondisi operasinya. Misalnya, partikel koloid besi retensi pada membran filter standar 0,45-pM sangat tergantung pada beban filter. Juga ketika filter clogs mulai penahan partikel yang lebih kecil. Selanjutnya, massa molar cut-off diberikan untuk jenis membran tertentu didasarkan pada pengukuran menggunakan seperangkat calibrants tertentu, sering dengan bentuk bulat, dan cut-off ini tidak selalu berlaku untuk semua difraksinasi spesies kimia.

Cara lain fraksionasi adalah menggunakan fraksinasi medan-aliran (FFF). Suspended partikel dipisahkan ke fraksi ukuran tertentu oleh sedimentasi FFF. telah diterapkan penggunaan prekonsentrasi on-line, cross-flow versi FFF digabungkan dengan on-line ICP-MS untuk mempelajari distribusi unsur dalam koloid dalam air laut yang dalam dan air sungai. Sedimentasi FFF juga telah digunakan on-line dengan ICP-MS untuk karakterisasi partikel yang lebih besar. Teknik ini memerlukan penyempurnaan lebih lanjut tetapi sangat dapat membantu dalam studi transportasi unsur di sungai, muara, dan akuifer.

Banyak kelompok penelitian telah bekerja pada desain dan studi skema ekstraksi mengarah pada solubilisasi berurutan logam terikat pada substrat spesifik membuat penampang sedimen dan diketahui mengalami perubahan dalam siklus hidup tahunan dari danau atau sungai. substrat yang khas adalah:

• Kalsium karbonat, magnesium dan besi yang terlarut pada saat penurunan Ph

• Besi dan senyawa mangan ada dalam sedimen dan mengubah drastis kapasitas adsorpsi mereka
sesuai dengan kondisi redoks (ada/ketiadaan oksigen), menciptakan baik besi sulfida atau besi-oxy-hidrat setting bebas pembentukan endapan atau logam teradsorpsi pada setiap perubahan

• Bahan organik ada dalam sedimen mengalami degradasi lambat, sehingga setting bebas dimasukkan logam

• Silikat dan mineral tahan api lainnya, yang mungkin mengandung kadar logam tinggi, namun tidak akan, pada setiap kondisi lingkungan, melepaskan mereka ke lingkungan perairan

Pengukuran seperti pecahan logam didefinisikan secara fungsional akan memungkinkan peramalan beberapa pelepasan logam dari sedimen dalam kondisi tertentu dan karena itu merupakan alat yang berharga pada pengelolaan danau dan sungai. Sebuah metode harmonisasi ini diperlukan karena berbagai prosedur yang menyebabkan hasil yang incomparability bahkan untuk sistem air tunggal. Sebuah studi kolaboratif menyebabkan perkembangan dari prosedur ekstraksi tiga langkah berurutan, menghasilkan informasi pada empat pecahan logam:

 1) Penukaran dan penggabungan dengan karbonat;

2) Penggabungan dengan mudah dan reduksibilitas besi dan senyawa mangan;

3) Penggabungan dengan bahan organik dan fase sulfida, dan

4) Fraksi residu. 

+++++++UNTUK MENDAPATKAN TULISAN LEBIH LENGKAP DAN/ATAU SUMBER ASLI DAPAT KONTAK KE = aungsumbono@gmail.com   +++++++++++++++++++++++++++++++++ 

SEPARASI, SPESIASI DAN FRAKSINASI 9

5. Fraksinasi

Untuk alasan yang diberikan secara singkat di atas, penilaian dampak suatu unsur tidak dapat dibuat berdasarkan semata-mata pada konsentrasi total. Namun demikian, sering tidak mungkin untuk menentukan konsentrasi dari spesies kimia yang berbeda bahwa jumlah sampai dengan konsentrasi total unsur dalam matriks yang diberikan. Seringkali, jenis kimia yang ada dalam sampel yang diberikan tidak cukup stabil yang akan ditentukan seperti itu. Selama pengukuran proses partisi dari elemen di antara spesies yang dapat diubah. Perilaku ini dapat disebabkan oleh, misalnya, perubahan pH yang diharuskan oleh prosedur analitis, atau dengan intrinsik sifat metode pengukuran yang mempengaruhi keseimbangan antara spesies. Sangat umum tetapi kurang jelas adalah situasi di mana analit harus diubah menjadi kompleks yang akan diukur atau dipisahkan dari sampel matriks. Bahkan dalam situasi ideal, reaksi kompleksasi sangat selektif, kesalahan dapat terjadi jika sampel berisi spesies lain yang dapat diubah menjadi sasaran analit dalam jangka waktu analisis.

Dalam beberapa kasus, spesies yang cukup stabil akan ditentukan seperti itu (misalnya, arsenobetaine, tetraethyllead, sianokobalamin). Dalam situasi tertentu penentuan konsentrasi spesies mungkin seperti apa yang sebenarnya diinginkan. Namun, ini tidak berarti bahwa spesiasi unsur telah ditentukan, hanya konsentrasi satu atau beberapa spesies. Penentuan langsung spesies labil pada tingkat alamiah mereka membutuhkan metode non-invasif seperti pengukuran spektroskopi atau potensiometri langsung yang tidak mengganggu sampel.

Dalam banyak kasus besar jumlah spesies individu (misalnya, dalam kompleks logam-asam humat atau kompleks logam dalam cairan biologis) akan membuat tidak mungkin untuk menentukan spesiasi tersebut. Praktek telah mengidentifikasi berbagai kelas elemen spesies dan untuk menentukan jumlah konsentrasi yang di setiap kelas. Praktek ini berguna dan akan terus berlanjut. fractionations tersebut dapat didasarkan pada banyak perbedaan sifat dari spesies kimia, seperti ukuran, kelarutan, afinitas, muatan, dan hidrofobik. Fraksinasi mungkin melibatkan pemisahan fisik yang sebenarnya (misalnya, filtrasi, kromatografi tipe-eksklusi). Dalam beberapa kasus, fraksinasi dapat disempurnakan dengan analisis spesiasi tambahan. Misalnya, untuk tembaga dalam fraksinasi cairan alami yang dapat dilakukan untuk menentukan konsentrasi tembaga organik dan anorganik. Dengan analisis lebih lanjut dan perhitungan fraksi anorganik dapat dibagi menjadi spesies individu. Hal ini juga dikehendaki untuk mengukur konsentrasi total dari elemen dalam rangka memverifikasi keseimbangan massa.

Banyak metode yang ada dituntut untuk memberikan konsentrasi untuk unsur-unsur "bebas" atau "tersedia". Sebagian besar metode ini didasarkan pada elektrokimia dan/atau diskriminasi kinetik. Untuk menghasilkan informasi tentang spesiasi kimia dari unsur-unsur fraksi yang diukur adalah faktor dalam konsentrasi spesies kimia dengan menggunakan model ekuilibrium. Upaya pengukuran ini tidak langsung dari spesiasi pada dasarnya memiliki kekurangan yang sama seperti melakukan fractionations sesuai dengan ukuran. Diskriminasi dalam metode pengukuran dapat lebih atau kurang selektif tapi tidak mutlak. Lebih lanjut, model kesetimbangan yang diterapkan didasarkan pada pilihan kompleks dan konstanta stabilitas mereka, yang membuat hasil dipertanyakan.

Meskipun penetapan langsung dari spesiasi suatu unsur sering tidak dapat dicapai, metode yang tersedia masih dapat memberikan banyak informasi yang berguna. Evaluasi dampak elemen lingkungan kadang-kadang dapat dilakukan tanpa menentukan spesiasi dan meskipun fraksi hanya didefinisikan secara operasional.

+++++++UNTUK MENDAPATKAN TULISAN LEBIH LENGKAP DAN/ATAU SUMBER ASLI DAPAT KONTAK KE = aungsumbono@gmail.com   +++++++++++++++++++++++++++++++++ 

SEPARASI, SPESIASI DAN FRAKSINASI 8

4 Kompleks Organik

Data Potensiometri banyak digunakan untuk mendapatkan konstanta kestabilan kompleks logam-ligan yang memungkinkan pemodelan distribusi spesies sebagai fungsi dari pH. Konstanta Stabilitas berasal dari data titrasi dengan kuadrat fitting rutin terkecil. Database IUPAC untuk konstanta stabilitas tersedia di Internet (www.acadsoft.co.uk). Set lengkap konstanta stabilitas β_λ = [MH_νL_λ]/[M][H]_ν[L]_λ memungkinkan perhitungan konsentrasi masing-masing spesies sebagai fungsi pH, asalkan konsentrasi logam total, [M], dikenal. Sistem cairan kompleks Ni(II)-glycinate telah diteliti secara mendalam dan bertindak sebagai dasar bagi perbandingan antar laboratorium yang menunjukkan standar nilai deviasi β antara tujuh laboratorium umumnya kurang dari 0,1 unit log. Kompleksasi dimulai dengan Ni(Gly) pada sekitar pH 4 dengan Ni(Gly)₂ mendominasi di atas pH 7 dan Ni(Gly)^3- Dan Ni(Gly)OH terjadi pada pH basa. Spektrum optik dari sistem ini adalah ditafsirkan dalam hal spesies ini, penguatan kepercayaan dalam pemodelan potensiometri. Spesies minor Ni(Gly)₂OH^-, Ni(Gly)₃OH^2-, dan NiOH juga ada dalam beberapa data.

Ketika spesies yang dihancurkan adalah elektroaktif di elektroda merkuri, teknik elektrokimia seperti pengupasan voltametri anodik/anodic stripping voltammetry (ASV) dan voltammetri stripping serap katodik/adsorptive cathodic stripping voltammetry (ACSV) adalah metode yang paling langsung untuk mempelajari jejak spesiasi logam pada konsentrasi sangat rendah (10^-8 – 10^-11 mol · dm^-3).

5 Senyawa organologam

Analisa Speciation untuk campuran organometallic pada umumnya dilaksanakan oleh teknik hyphenated basa pada penggabungan chromatography dengan deteksi element-selective.

Termal stabil dan spesies volatile, dan yang dapat dikonversi menjadi seperti itu, lebih mudah dipisahkan dengan kromatografi gas. Contohnya adalah analisis spesiasi senyawa organotin. Residu Lingkungan biocides butyltin dan phenyltin diekstraksi dari matriks, diderivatisasi oleh alkilasi dan ditentukan dengan, misalnya, dengan deteksi fotometri nyala GC, GC/MIP-AES, GC/MS, atau GC/ICP-MS dengan batas mutlak deteksi sampai ke tingkat femtogram. Sebuah tinjauan baru-baru ini mencakup metode yang ada untuk penentuan organotin dalam sampel lingkungan.

Spesies yang tidak bisa diterima GC maka dipisahkan dengan HPLC atau zona kapiler elektroforesis. ICP-MS sejauh ini teknik deteksi yang paling banyak digunakan. Sebuah contoh penting adalah senyawa organoarsenic; mereka termasuk arsenoacids mono- dan dimetil, senyawa kuartener seperti arsenobetaine dan arsenocholine, dan ribosides arsinoyl. Telah diusulkan sejumlah mekanisme pemisahan HPLC, pertukaran anion dan pasangan ion fasa terbalik-HPLC yang paling populer.

6 Senyawa makromolekul dan kompleks

Teknik kromatografi mendominasi analisis kompleks logam-protein. Ada berbagai luas kolom yang tersedia untuk ukuran-pengecualian, pertukaran ion, afinitas, dan kromatografi fase terbalik. Ketika menggunakan teknik ini sering diasumsikan bahwa makromolekul dan logam yang ditemukan dalam fraksi yang sama berhubungan dengan satu sama lain dalam sampel asli. Sebelum ini dapat disimpulkan, perlu untuk memastikan bahwa pemisahan logam dari bioligand belum terjadi. Sayangnya, pemisahan tersebut dapat dipengaruhi oleh buffer dan packing/pengepakan kolom, dan ini adalah aturan dari suatu  pengecualian. Ketika sampel yang kompleks seperti fraksinasi plasma darah, setiap fraksi masih akan berisi banyak potensi ligan, dan keterkaitan yang jelas logam dengan komponen tertentu yang tidak sama sekali secara langsung. Kaitan/Asosiasi ini harus didukung oleh bukti tambahan, misalnya, dari spektrometri massa atau kromatografi afinitas. Ionisasi logam kompleks dengan makromolekul untuk spektrometri massa sangat sulit, dan sejauh ini hanya untuk metallothioneins yang memiliki beberapa bukti yang telah diperoleh dengan cara ini. Jika unsur mengikat protein terikat pada putaran ke antibodi pada kolom afinitas, maka link antara logam dan protein bisa meyakinkan.

Teknik Elektroforesis seperti sodium dodecyl sulfat elektroforesis gel-Polyacrylamide (SDS-PAGE) dan elektroforesis 2-D berguna untuk memisahkan protein. Namun, untuk selenoproteins atau logam-protein kompleks rasio rendahnya satu sampai ribuan dari massa logam dengan massa protein yang artinya mungkin sulit untuk mendeteksi elemen. Radioisotop sering digunakan untuk meningkatkan batas deteksi.

Karena kompleksitas sistem, memperoleh informasi tentang kompleks logam-makromolekul melibatkan sejumlah langkah. Gambar 1 menggambarkan urutan langkah-langkah dalam fraksinasi dan spesiasi analisis kadmium dari hati kelinci. Langkah pertama (Gambar 1a) adalah fraksinasi dengan SEC-ICPMS yang memisahkan metallothionein-Cd (Cd-MT) dari fraksi spesies Cd lainnya yang potensial.

Dalam langkah kedua (Gambar 1b), HPLC anion-exchange digabungkan dengan ICP-MS lebih lanjut memisahkan fraksi Cd-MT ke MT-1 dan MT-2 isoform menurut urutan ligan. Langkah ketiga (Gambar 1c) menggabungkan unsur-unsur dari kedua fraksinasi dan analisis spesiasi; diterapkan HPLC fase-terbalik ke fraksi Cd-MT-2 anion-exchange. Hal ini menggambarkan analisis baik spesiasi, asalkan puncaknya berisi satu spesies, atau fraksinasi jika sinyal muncul dari campuran spesies. Diperlukan sebuah teknik untuk verifikasi kemurnian kromatografi. Spektrum massa (Gbr. 1d) dari salah satu puncak mengidentifikasi perwakilan campuran kompleks. Hal ini dimungkinkan untuk setiap atribut massa molekul untuk satu spesies. Tiga dari puncak sesuai dengan perbedaan kompleks MT Cd-Zn-2 dengan amino yang sama urutan asam (MT-2a). Sebagai konfirmasi, Gambar. 1e menunjukkan spektrum massa apoprotein dilucuti dari logam, menunjukkan bahwa kami memiliki kompleks Cd yang berbeda dari ligan yang sama. Puncak keempat sesuai dengan kompleks Cd-7 dari ligan dengan urutan asam amino yang berbeda (isoform MT-2c).

+++++++UNTUK MENDAPATKAN TULISAN LEBIH LENGKAP DAN/ATAU SUMBER ASLI DAPAT KONTAK KE = aungsumbono@gmail.com   +++++++++++++++++++++++++++++++++