Metode Flow Injection Analysis (FIA)

Apa itu Flow Injection Analysis?

Flow Injection Analysis (FIA) adalah metode analisis kimia yang didasarkan pada injeksi sampel (larutan) ke dalam larutan pembawa (carrier) dalam sistem tidak tersegmentasi. Tidak tersegmentasi artinya sistemnya mengalir dan tidak dibagi menjadi area-area tertentu, seperti sungai.

Sampel terinjeksi membentuk zona yang kemudian ditransportasi ke detektor yang secara kontinyu mengukur absorbansi, potensial elektrode, atau parameter fisika lain, yang berubah secara kontinyu sebagai akibat mengalirnya sampel melalui sebuah flow cell. Metode ini pertama kali diperkenalkan oleh Rzicka dan Hansen pada tahun 1975.

Dari definisi ini dapat disimpulkan bahwa Flow Injection Analysis adalah metode yang sangat fleksibel karena detektor yang digunakan bermacam-macam. Misalnya, kalau kita ingin mengukur absorbansi, maka detektornya Spektrofotometer UV-Vis. Jika ingin mengukur potensial elektrode, maka detektor yang digunakan bisa Potensiometer. Bahkan mungkin bisa AAS, ICP, dan HPLC untuk pengukuran parameter lainnya.

FIA juga bisa diartikan metode untuk mengumpulkan semua informasi yang diperoleh dari gradien konsentrasi yang terbentuk akibat sampel terinjeksi dan terdispersi kedalam larutan pembawa (carrier) yang mengalir secara kontinyu dan tidak tersegmentasi.

Menurut Zhao Lun Fang (1995), teknik flow analysis dilakukan dengan cara memanipulasi zona sampel dan reagen dengan keterulangan yang baik di dalam sistem yang mengalir pada kondisi yang secara termodinamika tidak setimbang.

Kimia analitik memang identik dengan manipulasi, namun dalam artian yang positif. Dalam FIA, zona sampel juga bisa dimanipulasi, misalnya dalam memekatkan atau mengencerkan sampel agar terdeteksi oleh instrumen yang digunakan untuk analisis. Maksud dari termodinamika yang tidak setimbang adalah reaksinya tidak perlu tuntas, dan tidak perlu stoikiometri.

Karena yang dipentingkan dalam FIA ini tidak hanya ketepatan dan akurasi, tapi juga waktu analisisnya. Begitu reaksinya sudah menghasilkan sinyal yang bisa dibaca, maka itu bisa digunakan sebagai dasar untuk analisis.

Instrumen/Skema Flow Injection Analysis

Flow Injection Analysis

1. Carrier (C)
Kebanyakan carrier adalah suatu reagen yang berfungsi membawa sampel ke detektor, tapi semua carrier belum tentu berfungsi sebagai reagen. Reagen atau pereaksi tidak mesti tunggal. Kalau suatu reaksi itu membutuhkan tahapan-tahapan reaksi, carrier-nya bisa lebih dari satu senyawa.

Contoh: Suatu reaksi hanya bisa berlangsung dalam suasana basa, maka salah satu carrier-nya adalah larutan basa. Tujuannya adalah untuk menaikkan pH sampel. Baru setelah itu, akan bereaksi dengan reagen yang kedua, ketiga, dan seterusnya sampai membentuk senyawa baru.

2. Pompa (P)
Karena sistemnya mengalir, maka di FIA itu butuh pompa yang berfungsi untuk mengalirkan carrier. Pompa juga tidak mesti hanya menggunakan satu, bisa saja dua, tiga, dan seterusnya.

3. Injektor Sampel (S)
Tempat menginjeksikan sampel. Sehingga nantinya sampel akan bertemu dengan reagen dan bereaksi.

4. Mikroreaktor (M)
Tempat untuk menyempurnakan reaksi antara sampel dan reagen. Kapiler mikroreaktor sengaja tidak dibuat lurus (digulung) agar alirannya torbulen, sehingga pencampuran antara sampel dan reagen sempurna. Ukuran dari kapiler mikroreaktor bisa disesuaikan dengan design Flow Injection Analysis yang diinginkan.

5. Detektor (D)
Dari pencampuran sampel dan reagen akan terbentuk senyawa yang mempunyai sifat kimia atau fisika yang baru. Bisa warnanya berubah , pH berubah atau Arusnya yang berubah. Sehingga nantinya bisa dibaca oleh detektor yang berbeda-beda tergantung pengukuran yang diinginkan.

Konsep Flow Injection Analysis


1. Volume sampel yang diinjeksikan reproducibel
Artinya volume injeksi sampel ke-1, 2, 3, dan seterusnya harus sama. Nah supaya menjamin volume-nya sama, digunakan Syringe (alat suntik) untuk injeksi sampel. Agar volume-nya lebih sama lagi, bisa digunakan Autosampler. Digunakan alat ini supaya "reproducibel", keterulangannya teratur.

2. Dispersi sampel harus terkontrol
Sampel yang diinjeksikan lama-kelamaan akan menyebar (terdispersi), konsentrasinya juga semakin kecil. Supaya hasil reaksinya nanti masih terbaca oleh detektor, oleh karena itu perlu adanya kontrol. Salah satu cara untuk mengontrol dispersi ini adalah dengan optimasi mikroreaktor.

Jika pipa kapiler mikroreaktor terlalu panjang, mungkin sampel ketika sampai di ujung sudah terdispersi. Tapi kalau, terlalu pendek mungkin reaksi antara sampel dan reagen belum sempurna. Untuk itu perlu dilakukan optimasi agar kapiler tidak terlalu pendek dan tidak terlalu panjang untuk mengontrol dispersi sampel.

3. Waktu analisis reproducibel
Jadi kalau kita optimasi waktunya 15 detik, maka seluruh sampel harus diukur dalam waktu 15 detik. Kalau optimasi waktunya 30 detik, maka seluruh sampel harus diukur dalam waktu 30 detik, dan seterusnya. Hal ini juga beruhubungan dengan pengontrolan dispersi sampel.

Besarnya dispersi, dinyatakan dengan Koefisien Dispersi (D). Koefisien dispersi didefinisikan konsentrasi awal dibagi konsentrasi maksimum (Co / Cmax).

Jika koefisien dispersi rendah (D < 2), hasil reaksinya bagus dan bisa terbaca. Jika koefisien dispersi medium ( 2 < D < 10), hasil reaksinya masih bisa dibaca, tapi kurang bagus. Jika koefisien dispersi tinggi (D > 10), maka tidak akan terbaca oleh detektor.

Faktor yang mempengaruhi sinyal respon

1. Kecepatan alir carrier
Jika aliran terlalu cepat, dikhawatirkan reaksinya belum sempurna. Sisi positifnya, waktunya juga cepat sehingga jika dilihat dari sisi ekonomis sangat menguntungkan. Jika kecepatan alirnya lambat, reaksinya sempurna. Sehingga hasil analisisnya terbaca dengan baik oleh detektor. Tapi jika terlalu lambat, sampel dan reagen membutuhkan waktu lama untuk bereaksi sempurna.

2. Volume sampel
Jika volume sampel terlalu besar, akan overload. Jadi nanti Pic-nya tidak gaussian, tapi dia muncul sebagai pic yang terpotong. Tapi klo volume-nya terlalu sedikit, maka nanti dikhawatirkan signal-nya sangat rendah, tidak terbaca oleh detektor.

3. Panjang geometri reaction coil
Seperti yang sudah dijelaskan diatas, jika terlalu pendek, menyebabkan reaksinya tidak sempurna. Tapi kalau terlalu panjang, maka analisisnya nggak selesai-selesai.

4. Bentuk geometri reaction coil
Bentuk geometri reaction koil bermacam-macam, ada yang lurus, digulung, dan diikat Knoted Reactor). Bentuk geometri reaction coil yang diikat torbulensinya lebih bagus daripada yang digulung ataupun lurus.

5. Volume kuvet/Flow cell kuvet
Jika flow kuvet-nya kecil, maka alirannya menjadi sangat cepat. Nah kadang-kadang, detektor lambat merespon. Sehingga ketika analit sudah lewat, detektor baru mendeteksi. Tapi jika terlalu lebar, maka akan menyebabkan carry over, sampel yang dianalisis sebelumnya masih terdeteksi di titik itu.

Oleh karena itu, semua faktor yang mempengaruhi diatas perlu dioptimasi untuk mendapatkan hasil yang maksimal.

Keunggulan Flow Injection Analysis

Beberapa alasan digunakannya FIA dibandingkan metode lain:
  1. Sistem analisnya otomatis karena semua dikendalikan oleh komputer
  2. Sampel yang digunakan sangat sedikit (10-50 ┬ÁL)
  3. Reagen yang digunakan sangat sedikit mengikuti sampel
  4. Kapasitas analisis sangat besar (50-300 sampel/jam)
  5. Waktu reaksinya sangat cepat (3-60 detik)
  6. Waktu analisis sangat cepat (3-40 detik)
  7. Reproducibel, hasil pengukurannya presisi
  8. Injeksi sampel pertama tidak tertinggal atau sudah keluar dulu (low carry over)
  9. Fleksibel, bisa diaplikasikan dengan detektor apapun
  10. Sangat mudah dioptimasi

Kekurangan Flow Injection Analysis

Dikarenakan reaksinya harus berjalan cepat, sehingga tidak dapat digunakan untuk menganalisis sampel yang reaksinya berjalan lambat.

Aplikasi Flow Injection Analysis

  • Bidang Lingkungan: Penentuan kadar ammonium, besi, dll
  • Bidang Farmasi: Penentuan kadar Amoxilin, chloropromazine, dll
  • Bidang Makanan: Penentuan kadar kasium, magnesium, dll
  • Forensik: Penentuan kadar timbal dalam proyektil
  • Dan lain-lain

Terima kasih telah membaca artikel Metode Flow Injection Analysis (FIA)

Sumber referensi:
PPT dan Perkuliahan Kapita Selekta Kimia Analitik oleh Bapak Dr. rer. nat. Ganden Supriyanto, M.sc pada tanggal 13 Maret 2017.