Pemisahan campuran dengan cahaya

Ilmuwan di Inggris telah menggunakan cahaya untuk memisahkan campuran-campuran kimia yang kompleks. Metode ini bisa digunakan untuk merecovery produk-produk bernilai tinggi dan nanopartikel-nanopartikel katalitik dari campuran-campuran reaksi, klaim mereka.

Julian Eastoe, di Universitas Bristol, dan rekan-rekannya menambahkan surfaktan sensitif-permukaan ke dalam mikroemulsi. Ketika mereka menyinari campuran tersebut dengan sinar UV, surfaktan menyebabkan fase minyak dan fase air dalam emulsi berpisah.

Sebelumnya, para peneliti bergantung pada panas, perubahan pH, atau penambahan garam untuk memisahkan fase-fase dalam mikroemulsi. Metode yang baru ini tidak merubah komposisi kimia mikroemulsi atau menggunakan energi yang sama banyaknya dengan pemisahan yang menggunakan panas.

"Kami cukup kagum dengan peluang-peluang yang ditawarkan oleh partikel-partikel teraktivasi cahaya, koloid, dan interfase-interfase. Ini akan lebih memperkaya bidang teknik kimia" kata Eastoe. Yang lebih penting lagi, tambah Eastoe, pemisahan-pemisahan ini bersifat reversibel. Setelah sebuah sampel yang terdispersi dipisahkan, sampel tersebut bisa didispersi lagi dan kemudian dipisahkan kembali. "Penelitian ini menunjukkan mungkinnya membuat koloiod yang dipicu oleh cahaya," kata dia.

Ketika sinar UV disinarkan ke emulsi, surfaktan menyebabkan fase minyak dan air berpisah

"Yang sangat menarik tentang penelitian ini adalah bahwa melalui penambahan sedikit surfaktan fotoresponsif, mereka telah mentransformasi mikroemulsi konvensional menjadi sebuah sistem fotoresponsif," kata Ted Lee, seorang ahli di bidang sistem surfaktan responsif di Universitas California Selatan, Los Angeles, Amerika Serikat.

Metode baru ini bisa digunakan dalam sistem pelepasan dan penyaluran teraktivasi-cahaya untuk farmaseutik dan agrokimia, papar Eastoe. Tetapi dia mengatakan tantangan selanjutnya adalah bagaimana membuat surfaktan-surfaktan fotoresponsif yang murah, aman dan ramah lingkungan.

(dikutip dari: Soetrisno, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=216)

Mikroskop mengungkap rahasia katalis

Sebuah teknik menjanjikan untuk mengamati katalis bekerja bisa memberikan pengetahuan baru tentang bagaimana katalis-katalis ini bekerja, demikian dilaporkan para ilmuwan di Belanda. Tim peneliti ini menggunakan mikroskop sinar-X untuk meneliti reaksi Fischer-Tropsch katalitik di dalam sebuah ruang reaksi yang dibuat khusus, dan mereka juga mengatakan teknologi ini semestinya dapat memberikan para ilmuwan pemahaman yang lebih besar tentang aktivitas katalitik, sehingga memungkinkan perancangan katalis-katalis yang lebih baik.

Katalis-katalis padat sangat banyak digunakan dalam industri kimia, dan mempercepat produksi berbagai senyawa penting. Katalis-katalis ini biasanya tersusun atas logam berukuran nano-meter atau partikel-partikel logam oksida, yang melekat pada sebuah pendukung padat dengan area permukaan yang tinggi.

Akan tetapi, katalis-katalis mengalami perubahan struktural dan kimiawi yang kompleks selama terjadinya reaksi − sehingga mengamati secara langsung katalis yang bereaksi bisa memberikan petunjuk yang bermanfaat untuk meningkatkan efisiensinya. Tetapi melakukan hal ini pada suhu dan tekanan yang umum digunakan dalam industri sejauh ini terbukti cukup sulit.

Sekarang, sebuah tim yang dipimpin oleh Frank de Groot dan Bert Weckhuysen di Universitas Utrecht di Belanda, bekerja sama dengan Lawrence Berkeley National Laboratory, US, telah mencapai hal ini dengan menggunakan sebuah ruang reaksi yang kecil. Penelitian ini merupakan penelitian pertama yang meneliti katalis heterogen yang sedang bekerja dalam skala-nano, kata tim tersebut.

Peta-peta kontur menunjukkan komposisi katalis (kiri) dan area-area dimana kebanyakan hidrokarbon dihasilkan (kanan)

Dalam "nanoreaktor" De Groot, reaksi terjadi antara dua jendela yang disketsa dengan ketebalan hanya 10nm. Desain ini memungkinkan sinar-X melewati reaksi dan di atas detektor, sehingga menghasilkan jepretan reaksi yang sedang berlangsung. Beberapa sinar-X diserap oleh katalis, pereaksi dan produk − energi mutlak yang diserap menunjukkan komposisi kimianya. Tim ini mampu menyelidiki permukaan-permukaan katalis sampai resolusi sekitar 40 nm.

"Ini memberikan kami peluang untuk meneliti perubahan-perubahan kimia yang terjadi dalam sebuah katalis saat sedang bereaksi, kata de Groot ke Chemistry World, sehingga menunjukkan bahwa resolusi ini cukup tinggi untuk memperhatikan masing-masing partikel katalis. "Ini berarti bisa memberikan banyak informasi bermanfaat kepada kita dalam skala-nano."

Salah satu reaksi yang diteliti tim ini adalah proses Fischer-Tropsch − dimana sebuah katalis padat dari partikel-partikel besi oksida yang melekat pada silika digunakan untuk mengonversi karbon monoksida dan hidrogen menjadi hidrokarbon cair yang bisa digunakan sebagai bahan bakar.

Tim de Groot dan Weckhuysen mereplikasi reaksi tersebut dalam nano-reaktor mereka dan menemukan bahwa selama reaksi, besi oksida mengalami beberapa transformasi. Besi oksida awal (Fe₂O₃) dikonversi menjadi oksida lain (Fe₃O₄), sebelum besi silikat (Fe₂SiO₄) dan besi metalik mulai terbentuk. Terakhir, besi karbida (Fe_xC_y) mulai tampak. Dengan mengkorelasikan susunan katalis di area-area berbeda dengan produk-produk organik yang sedang terbentuk, tim ini menunjukkan bahwa karbon berakumulasi dalam area yang kaya besi, dengan produk hidrokarbon terlepas dari metal menuju ke penopang silikon.

"Temuan ini menunjukkan potensi besar bagi katalis-katalis heterogen untuk dicitra secara in situ," papar Alexis Bell di Universitas California, Berkeley, Amerika Serikat. "Saya membayangkan bahwa proses ini tidak terbatas pada pengamatan partikel-partikel katalis, tetapi juga bisa digunakan dalam berbagai aplikasi lain, seperti pendeteksian kadar partikulat asal-udara yang bertanggung jawab bagi pembentukan hujan asam."

Kegunaan lain yang diusulkan mencakup pemantauan perubahan-perubahan struktural pada material-material simpanan hidrogen atau meneliti distribusi nanopartikel medis dalam sel. Tim ini mengatakan perkembangan di bidang optik dan metode pencitraan akan meningkatkan resolusi teknik ini.

(dikutip dari: Soetrisno, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=217)

Silanetion tidak tersubstitusi yang pertama berhasil diidentifikasi

Senyawa-senyawa yang berikatan rangkap silikon-sulfur (silanetion) merupakan golongan senyawa yang menarik. Senyawa ini dianggap terdapat di angkasa luar. Beberapa silanetion tersubstitusi, RR'Si=S, yang distabilkan oleh gugus alkil (R) sebelumnya telah disintesis dan strukturnya ditentukan dengan menggunakan kristalografi sinar-X. Tetapi silanetion yang tidak tersubstitusi (H₂Si=S) − analog golongan kedua dari formaldehida − belum pernah ditemukan sebelumnya. Peneliti di Jerman untuk pertama kalinya telah mengidentifikasi silanetion tidak-tersubstitusi ini.

Sebuah tim yang dipimpin oleh Sven Thorwirth di Max Planck Institute for Radioastronomy, Bonn, mampu mengkarakterisasi molekul yang sulit dipahami ini dengan menggunakan spektroskopi mikrowave. "Di alam semesta, silikon dan sulfur merupakan unsur yang sangat melimpah," kata Thorwirth. Silanetion tidak tersubstitusi ini merupakan "sebuah molekul luar angkasa yang tidak diragukan keberadaannya" yang bisa terdapat dalam kulit debu yang mengelilingi bintang-bintang sekarat (dying stars), paparnya.

Thorwirth menggunakan spektroskopi mikrowave − yang mengukur perbedaan antara radiasi elektromagnetik yang diserap oleh sebuah molekul dan yang diemisikan − untuk mencari molekul tersebut. Perbedaan radiasi terkait dengan rotasi molekul ini, dan digunakan untuk mengidentifikasi spesies-spesies molekuler dan isotop-isotop. Tim ini kemudian mengolah hasil eksperimental mereka dengan perhitungan-perhitungan kimia kuantum tingkat tinggi. Dengan menjelaskan signifikansi penelitian ini, Thorwirth mengatakan bahwa "data ini menjadi basis laboratorium yang diperlukan untuk pencarian-pencarian radio-astronomi di masa mendatang untuk molekul ini di angkasa."

Penelitian ini disambut baik oleh Paul Davies, seorang anggota dari kelompok spektroskopi laser infra-merah di Universitas Cambridge, Inggris, yang mengatakan bahwa kombinasi antara spektroskopi dan perhitungan tingkat tinggi ini "seharusnya dapat diterapkan untuk mengungkap spektra dari molekul-molekul yang sangat rumit, sehingga memungkinkan realisasi potensi penuh dari spektroskopi mikrowave.

(dikutip dari: Soetrisno, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=218)

Unsur-unsur toksik dalam asap rokok

Logam-logam berat seperti arsenik, kadmium, dan timbal telah dideteksi dalam asap rokok,dengan menunjukkan bahwa unsur-unsur toksik ini bisa merambat sampai jarak berbeda-beda alam aliran udara.

Rokok yang sedang terbakar menghasilkan lebih dari 4000 zat kimia; banyak diantaranya yang bersifat toksik dan sekitar 40 menyebabkan kanker. Senyawa-senyawa ini tetap berada di udara sebagai asap tembakau lingkungan yang dihirup oleh orang lain di kawasan tersebut. Ada dua tipe asap rokok, yaitu: asap rokok utama yang keluar dari mulut perokok dan asap sampingan yang berasal dari ujung rokok yang terbakar.

Ketika meneliti logam-logam berat dalam asap rokok sampingan, para peneliti di perusahaan rokok Philip Morris, US, menemukan tumpukan arsenik dalam cerobong asap yang digunakan dalam tahap pertama pada peralatan mereka. Fenomena ini tidak ditemukan untuk kadmium atau timbal. Mereka menganggap bahwa yang menyebabkan ini terjadi adalah bahwa arsenik bisa menjadi uap cair sedangkan kadmium dan timbal adalah partikulat padat.

Michael Chang dan rekan-rekannya menggunakan sebuah alat yang disebut cerobong "ekor ikan" untuk menyalurkan asap dari sebatang rokok yang sedang terbakar menuju ke sebuah jet impactor yang mengumpulkan asap sebagai kondensat. Asap yang tersisa dilewatkan melalui sebuah saringan ester selulosa campuran untuk mencoba menangkap asap yang tersisa. Beberapa cara dicoba untuk mempersiapkan asap yang telah berkondensasi pada bagian-bagian yang berbeda dari alat. Metode yang terbaik adalah pengambilan sampel adukan, yang melibatkan penggunaan deterjen Triton X-100 dan asam nitrat untuk membuat adukan dengan kondensat asap. Spektroskopi massa berpasangan induktif digunakan untuk menganalisis adukan.

Deposisi persentase total arsenik yang lebih besar (20 persen), dibanding kadmium atau timbal (kurang dari 5 persen) dalam cerobong tersebut menunjukkan bahwa unsur-unsur toksik dalam asap rokok bisa merambat secara berbeda dalam aliran udara dan bisa terdeposisi pada titik-titik berbeda. Para peneliti ini menduga perilaku ini disebabkan oleh perbedaan antara unsur fase padat (partikulat) dan cair (uap).

(dikutip dari Soetrisno, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=220)

Sudah amankah makanan anda untuk dikonsumsi?

Makanan adalah inti dari kehidupan, akan tetapi kebanyakan orang memberikan sedikit perhatian terhadap peranan kimia analitik dalam memastikan amannya makanan kita untuk dikonsumsi. Ketika isu-isu keamanan makanan muncul ke permukaan, biasanya yang menimbulkan permasalahan adalah seputar residu-residu pestisida − atau bahan-bahan kimia buatan manusia lainnya − dalam makanan kita yang menimbulkan kekhawatiran. Meski demikian toksin-toksin alami, yang dihasilkan oleh berbagai organisme mikrobiologis, sebenarnya merupakan toksin dan karsinogen yang lebih potensial sehingga memberikan ancaman yang lebih besar bagi keamanan bahan makanan.

Yang paling utama diantara toksin-toksin alami ini adalah mikotoksin, metabolit-metabolit sekunder dari fungi berfilamen − yang lebih umum dikenal sebagai cendawan. Toksin-toksin ini bisa menginfeksi produk-produk pertanian baik di lahan, selama pertumbuhan tanaman, maupun di tempat penyimpanan yang tidak memadai. Banyak dari mikotoksin yang sangat stabil dan bisa bertahan hidup dalam material mentah hasil pertanian sampai pada produk jadi di rak-rak supermarket. Demikian juga, keberadaannya dalam pakan hewan bisa menyebabkan masuknya toksin atau metabolit-metabolitnya ke dalam produk-produk hewan yang kemudian dikonsumsi manusia.

Walaupun hampir tidak pernah terjadi di negara-negara maju akibat kewaspadaan otoritas keamanan makanan, morbiditas dan mortalitas manusia akibat keterpaparan mikotoksin cukup banyak di negara-negara berkembang − khususnya di komunitas-komunitas yang berswasembada.

Mikotoksin memiliki struktur kimia yang beragam sehingga efek-efek biologisnya juga beragam. Walaupun ratusan dari toksin ini telah diketahui, namun para peneliti dan otoritas keamanan makanan berfokus pada toksin-toksin yang yang dihasilkan oleh patogen-patogen jamur pada tanaman-tanaman utama − aflatoksin, fumonisins, trikotesena (khususnya eoksinivalenol dan toksin T-2), zearalenon, ochratoksin A dan patulin. Dan banyak negara sekarang ini telah memiliki aturan hukum mengenai ambang maksimum kadar toksin-toksin ini yang dibolehkan dalam makanan.

Salah satu karakteristik kontaminasi mikotoksin adalah tidak tersebar merata pada sebuah produk pertanian. Ini berarti bahwa metode-metode pengambilan sampel khusus diperlukan untuk masing-masing produk dan kombinasi toksin.

Biji-biji jagung yang terinfeksi cendawan bisa memasuki sistem makanan.

Banyak metode analitik yang telah dikembangkan untuk mendeteksi mikotoksin dalam makanan. Semua metode ini − selain metode penyinaran dengan panjang gelombang dekat-inframerah − memerlukan ekstraksi toksin dari makanan, dengan menggunakan campuran pelarut polar, sebelum analisis. Ekstrak-ekstrak ini, yang masih mengandung banyak senyawa makanan terlarut, bisa dianalisis secara langsung dengan metode ELISA atau dengan berbagai metode screening seperti piranti-piranti alir lateral, tongkat ukur, dan biosensor. Metodologi-metodologi ini semua bergantung pada penggunaan antibodi-antibodi spesifik mikotoksin untuk membedakan mikotoksin dengan komponen-komponen makanan yang ikut terekstrak dan pada umumnya memberikan hasil semi-kuantitatif.

Untuk penentuan mikotoksin yang lebih akurat, ekstrak-ekstrak memerlukan pemurnian. Metode pencucian yang dipilih adalah ekstraksi fase padat, dimana mikotoksin terikat ke sorben, zat-zat pengotor dicuci melalui kolom dan terakhir mikotoksin dikeluarkan. Yang juga populer adalah kolom-kolom multifungsi − sudah terpadu dengan campuran-campuran adsorben seperti alumina dan arang − yang menyerap zat-zat pengotor ketika ekstrak mikotoksin melewatinya.

Setelah pencucian ekstrak, mikotoksin bisa dianalisis dengan kromatografi lapis-tipis, kromatografi gas, atau HPLC. Metode yang terakhir ini dikombinasikan dengan ultraviolet, fluoresensi atau pendeteksian spektrometri massa merupakan teknik analisis yang paling sering digunakan. Penggunaan pendeteksian spektrometri massa gabungan disini bisa menganalisis banyak toksin dikombinasikan dengan bukti penguat dalam eksperimen yang sama. Analisis multitoksin bermanfaat untuk makanan-makanan yang bisa terkontaminasi oleh beberapa mikotoksin berbeda, yang dihasilkan oleh spesies jamur yang sama atau berbeda.

Interpretasi tulisan-tulisan kuno menunjukkan bahwa mikotoksin telah menyebabkan masalah-masalah kesehatan sejak awal masa sejarah. Dan selama kita belum mampu menghambat kapabilitas jamur-jamur penghasil mikotoksin untuk menghasilkan toksin, kita masih akan terus bergantung pada kemajuan-kemajuan dalam kimia analitik untuk memantau toksin-toksin alami yang potensial ini.

(dikutip dari: Soetrisno, http://www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=202)