1.
Pengertian Pengertian Sentrifugasi
Sentrifugasi adalah pemisahan partikel dari larutan atau suspensi berdasarkan berat partikel terhadap densitas layangnya. la yangnya. Densitas partikel yang akan dipisahkan harus lebih besar daripada densitas pelarutnya. Pemisahan dapat dilakukan terhadap fasa padat cair tersuspensi maupun campuran berfasa cair-cair. Pada pemisahan dua fasa cair dapat dilakukan apabila kedua cairan mempunyai perbedaan rapat massa. Semakin besar perbedaan rapat massa dari kedua cairan semakin mudah dipisahkan dengan cara sentrifugasi. Semakin mudah dipisahkan yang dimaksud adalah semakin kecil energi yang diperlukan untuk proses pemisahannya. Prinsip utama sentrifugasi adalah memisahkan substansi berdasarkan berat jenis molekul dengan cara ca ra memberikan gaya sentrifugal sehingga substansi yang lebih berat akan berada di dasar, sedangkan substansi yang lebih ringan akan terletak di atas. Teknik sentrifugasi se ntrifugasi tersebut dilakukan di dalam sebuah mesin mesi n yang bernama mesin sentrifugasi dengan kecepatan yang bervariasi. Proses pemisahan ini memanfaatkan prinsip gaya sentrifugal dan gaya gravitasi. Gaya sentifugal adalah gaya yang terjadi akibat adanya putaran, arah gayanya adalah dari titik pusat putaran keluar menuju jari-jari luar. Pemisahan menggunakan gaya ini pada penerapannya biasanya dikenakan pada pemisahan fasa padat dengan fasa cair yang tercampur. Pemisahan menggunakan gaya ini dilakukan apabila perbedaan densitas antara kedua fasa tidak terlalu besar, bisa dalam bentuk campuran suspensi, sehingga pemisahan dengan grafitasi sukar dilakukan. Pemisahan antara dua fasa cair cai r yang membentuk emulsi juga dapat dilakukan dengan cara pemberian gaya sentrifugal. Gaya ini berfungsi ganda, yaitu sebagai perusak sistem emulsi dan memisahkan kedua fasa cairnya. Peralatan sentrifugasi untuk memisahkan dua fasa cair dapat dikelompokkan menjadi dua tipe, yaitu tubular centifuge dan disk bowl centrifuge. 2.
Prinsip dan Cara Kerja Alat Sentrifugasi
Prinsip sentrifugasi didasarkan atas fenomena bahwa partikel yang tersuspensi di dalam suatu wadah (tabung atau bentuk – bentuk lain) akan mengendap (bersedimentasi) ke dasar wadah karena pengaruh gravitasi. Laju
pengendapan tersebut dapat ditingkatkan dengan cara meningkatkan pengaruh gravitasional terhadap partikel. Hal ini dapat dilakukan dengan menempatkan tabung berisi suspensi partikel ke dalam rotor suatu mesin sentrifugasi kemudian diputar dengan kecepatan tinggi. Hal tersebut tergantung pada ukuran dan bobot jenis dari suspensi. Teknik ini dapat digunakan untuk mengisolasi dan mengkarakterisasi molekul biologi dan komponen selular. Hasil sentrifugasi terbagi menjadi dua, yaitu supernatan dan pelet. Supernatan adalah substansi hasil sentrifugasi yang memiliki bobot jenis yang lebih rendah. Posisi dari substansi ini berada pada lapisan atas dan warnanya lebih jernih. Sementara pelet adalah substansi hasil sentrifugasi yang memiliki bobot jenis yang lebih tinggi. Cara pemisahan ini berdasarkan adanya gaya sentrifugal yang diberikan pada partikel – partikel yang melayang sehingga partikel tersebut dapat dipaksa untuk bergerak ke dasar bejana dan mengendap, sehingga terjadi pemisahan antara partikel padat dan pelarutnya. Selanjutnya pada campuran yang telah memisah tersebut dapat dipisahkan lebih lanjut dengan cara dekantasi atau memipet cairan yang berada diatas padatannya lalu ipindahkan ke tempat lain. Cara ini sangat cocok untuk untuk memisahkan campuran yang ukuran partikeln ya sangat kecil dan masa jenisn partikelnya juga sangat kecil sehingga partikelnya melayang dalam cairannya, misalnya koloid. Gaya sentrifugal diperoleh dengan cara memutar campuran yang akan dipisahkan dengan suatu alat khusus yang disebut centrifuge.
Cara pengoperasian alat sentrifugase ini sangat memperhatikan sistem konsentrasi yang ingin dimasukkan kedalam alat sentrifugasi dan kecepatan putar alat. Pengguna pertama kali memasukkan nilai konsentrasi (%) dari endapan yang diinginkan kemudian memasukkan nilai RPM (revolutions per minute) kedalam alat sentrifugasi. Setelah semua selesai, maka alat sentrifugase secara otomatis akan berjalan. Yang sebelumnya akan mengeluarkan nilai waktu putar (t) sebelum alat berputar. Didalam mesin sentrifugase, terdapat suatu sensor yang digunakan untuk mengukur konsentrasi cairan yang dihasilkan dari proses sentrifugasi. Sebelum sentrifus dioperasikan, ada beberapa hal penting yang perlu diperhatikan operator seperti rotor dalam sentrifus harus diseimbangkan, alat harus benar – benar siap diperiksa apakah ada kerusakan, dan lain – lain. Pada saat sentrifus sedang berputar tutup mesin tidak boleh dibuka. Sebagian besar dari mesin – mesin ini mempunyai alat pengaman yang mencegah tutup mesin ini terbuka. Akan tetapi, ada beberapa sentrifus yang tidak mempunyai alat tersebut. dalam pengoperasian sentrifus ini juga memerlukan kehati-hatian dari operator jangan sampai rambut atau jas lab tersangkut pada rotor yang sedang berputar karena akan sangat membahayakan. Setelah sampel selesai disentrifus sampel kemudian dipindahkan dari rotor. Sentrifus kemudian dingin setelah digunakan dan tutupnya harus dibiarkan terbuka agar semua air yang mengembun dapat menguap. 3.
Macam – macam Sentrifugasi
Dua macam prinsip sentrifugasi yang umum digunakan untuk pemisahan partikel didasarkan atas : (1) massa, ukuran, atau panjang partikel, (2) densitas partikel. a. Sentrifugasi Zonal Jika partikel atau molekul berada di dalam suatu kolom cairan di dalam tabung kemudian disentrifugasi, maka partikel atau molekul tersebut akan mengendap. Laju pengendapan tersebut ditentukan oleh massa partikel, perbedaan densitas antara partikel dengan cairan, dan gaya gesekan antara partikel dengan cairan. Jika partikel tersebut terdiri atas beberapa macampartikel yang berbeda ukuran atau panjangnya maka setelah disentrifugasi partikel – partikel yang berbeda ukurannya akan terpisah pada lapisan – lapisan (zones) yang berada pada tabung
sentrifugasi. Teknik pemisahan partikel berdasarkan massa semacam ini disebut sentrifugasi zonal. b. Sentrifugasi Keseimbangan Gradien-Densitas Dalam teknik sentrifugasi ini, partikel berada di dalam suatu cairan yang densitasnya bergradien dari atas ke bawah, misal larutan cesium klorida (CsCl). Setelah disentrifugasi, partikel di dalam cairan tersebut akan berada di lapisan cairan yang densitasnya sama dengan densitas partikel tersebut. Meskipun disentrifugasi dengan kecepatan yang snagat besar, partikel terrsebut tidak akan mengendap melalui lapisan cairan yang densitasnya lebih tinggi daripada partikel tersebut. Prinsip sentrifugasi semacam ini disebut sentrifugasi keseimbangan gradien-densitas karena partikeldan cairan berada pada aras keseimbangan densitas (keadaan isopycnic). Teknik sentrifugasi ini dapat digunakan untuk memisahkan molekul – molekul yang perbedaan denssitasnya sampai 0,02 g/ml. Teknik sentrifugasi semacam ini digunakan memisahkan molekul – molekul protein, DNA, dan RNA yang densitasnya di dalam larutan CsCl berturut-turut adalah 1,3; 1,6-1,7; dan 1,75-1,8 g/ml. 4.
Jenis – jenis Sentrifuse
Ada beberapa klasifikasi centrifuge menurut jenisnya, antara lain : a.
General Purpose Centrifuge Model biasanya adalah tabletop (bisa diletakkan di atas meja) yang dirancang
untuk pemisahan sampel urine, serum atau cairan lain dari bahan padat yang tidak larut. Centrifuge ini biasanya berkecepatan 0-3000 rpm, dan bisa menampung sampel dari 5-100 ml. b.
Micro Centrifuge Atau disebut juga microfuges, memutar microtubes khusus pada kecepatan
tinggi. Volume micotubes berkisar 0.5-2.0 ml. c.
Speciality Centrifuge Yaitu centrifuge yang dipakai untuk keperluan yang lebih spesifik. Seperti
microhematocrit centrifuges dan blood bank centrifuges, yang dirancang untuk pemakaian spesifik di laboratorium klinik. Microhematocrit centrifuge adalah merupakan variasi dari microcentrifuge yang dapat menampung sampel kapiler
untuk pengukuran volume hematocrit pack cell, sedangkan Blood Bank Centrifuge adalah centrifuge yang dipakai di bank darah dan serologi yang dirancang untuk memisahkan sampel serologis dalam tabung. Jenis lain adalah centrifuge berkecepatan tinggi, yaitu ultracentrifuges dan refrigerated centrifuges. Centrifuge berkecepatan tinggi berputar pada kecepatan 020.000 rpm dan ultracentrifuge berputar pada kecepatan di atas 50.000 rpm. Kebanyakan centrifuge ini dilengkapi dengan sistem pendinginan untuk menjaga sampel tetap dingin selama sentrifugasi. Centrifuge ini lazim dipakai di laboratorium penelitian. Jenis-jenis rotor pada centrifuge : a.
Swing Out / Horizontal Rotor Keuntungan
Menghasilkan butiran endapan yang terdistribusi merata di seluruh kolom dan dapat disesuaikan dengan berbagai tabung. Bisa untuk volume tunggal yang besar Kerugian Kecepatannya terbatas. Menimbulkan gesekan yang tinggi (bunyi,panas, kecepatannya lambat) Ada bagian bergerak yang lebih banyak b.
Fixed Angle Rotor Keuntungan
Bisa berkecepatan tinggi Memberikan jalur pemisahan yang lebih pendek Memberikan dukungan tube yang lebih maksimum. Menghasilkan gesekan dan panas yang lebih sedikit Kerugian Menghasilkan butiran endapan yang tidak rata Memiliki kapasitas yang lebih terbatas Membuat tube menerima tekanan yang tinggi Tips tube, tube tanpa tutup tidak bisa diisi penuh. c.
Drum Rotor Keuntungan
Menghasilkan
butiran
Memiliki kapasitas besar. Kerugian
endapan
yang
terdistribusi
merata
Terbatas pada micro-volume tube Tidak dapat menghasilkan tenaga yang sama dengan angle rotor d.
Winshield Rotor Keuntungan
Mengurangi tingkat gesekan dan panas. Meningkatkan kecepatan potensial dari swing-out rotor Kerugian Meningkatkan cost rotor Meningkatkan berat rotor. Memerlukan tempatyang lebih besar untuk menampung winshield 5.
Persamaan pada Sentrifugasi
Jika gaya F diterapkan pada suatu partikel dengan massa m, maka partikel akan dipercepat dengan arah linear sehingga: F=ma a adalah laju percepatan linear , akan tetapi yang terjadi pada sentrifugasi adalah percepatan angular sehingga: a = v2/x v : kecepatan rotasi x = radius yang ditempuh selama sentrifugasi biasanya nilai yang diberikan untuk gaya yang berlaku pada partikel yang disentrifugasi berupa nilai relatif, yaitu dibandingkan dengan gaya tarik gravitasi bumi yang juga berlaku pada partikel tersebut. Gaya tersebut disebut gaya sentrifugal relatif (relative centrifugal force, RCF). Gaya yang berlaku pada partikel dengan massa m adalah : F=mg g adalah percepatan gravitasi yang besarnya 980 cm/detik 2. Dengan demikian : RCF = Fsentrifugasi/Fgravitasi RCF( Celative Centrifugal Force) ialah ukuran kekuatan dari gaya sentrifugalnya setelah mempertimbangkan faktor lain seperti kecepatan angular, Radius rotasi dan gravitasinya. RCF = (rw2)/g
r : Radius rotasi
w : Kecepatan angular g : Gravitasi Dengan perhitungan matematis yang tidak akan dijelaskan di sini maka nilai RCF adalah : RCF = 1,119x10 -5 (rpm)2(x) rpm = revolution pe minute (putaran tiap menit) RCF tidak mempunyai satuan namun biasanya diberi simbol g Kecepatan proses pengendapan (sedimentasi) suatu partikel atau molekul yang disentrifugasi dipengaruhi oleh dua macam faktor yaitu : 1.
Berat Molekul (BM). Semakin tinggi BM-nya maka kecepatannya juga semakin tinggi.
2.
Bentuk partikel. Gerakan suatu partikel melalui cairan akan dipengaruhi oleh gaya gesekan. Partikel yang meempunyai bentuk lebih kompak akan bergerak lebih cepat di dalam cairan dibandingkan dengan partikel lain, yang bentuknya kurang kompak meskipun BM-nya sama. Dalam pembahasan mengenai proses sedimentasi dikenal suatu konstanta yang disebut koefisien sedimentasi (s) yang nilainya :
S = kecepatan molekuler/gaya sentrifugal Nilai s suatu partikel menunjukkan nilai karakteristiknya di dalam suatu medium (larutan) pada suhu tertentu. Nilai s umumnya sama pada larutan yang berebda sehingga s dianggap sebagai suatu konstanta dan dinyatakan dalam detik . Seringkali nilai s juga dinyatakan dalam satuan Svedberg (S) yang besarnya 1 S=10 -13 detik yang berlaku dalam kondisi standar yaitu dalam air padda suhu 20 oC. Koefisien sedimentasi makromolekul sedimentasi dalam sel berkisar anta ra 1 S sampai 200 S. Svedberg adalah ahli biokimia pemenang hadiah Nobel yang mengembangkan ultra sentrifugasi. 6.
Aplikasi sentrifugasi
Proses pembuatan minyak kelapa, dimana teknik pemisahan sentrifugasi cukup berperan. Buah kelapa dihancurkan, dan diperas sehingga didapat bagian santan. Didalam santan terdapat campuran minyak dengan air. Dengan melakukan sentrifugasi dengan kecepatan antara 3000-3500 rpm, maka terjadi pemisahan dan
terdapat dua bagian yaitu fraksi kaya minyak (krim) dan fraksi miskin minyak (skim). Selanjutnya krim diasamkan, kemudian diberi perlakuan sentrifugasi s ekali lagi untuk memisahkan minyak dari bagian bukan minyak. Dalam pengolahan minyak kelapa, sering juga dilakukan modifikasi khususnya dalam pemisahan krim untuk mendapatkan bagian minyak. Modifikasi tersebut dilakukan dengan cara pemanasan krim, dan akan dihasilkan padatan dan minyak, selanjutnya dengan penyaringan kita dapatkan minyak kelapa yang bersih dan jernih. Tetes tebu pada pembuatan gula pasir kemudian dipisahkan dari endapan gula, sedangkan endapan gula lalu dijadikan kristal dengan cara diputar dengan menggunakan mesin sentrifugal. Mesin sentrifugal sendiri bentuknya seperti mesin pembuat arum manis. Jadi endapan gula diputar dengan kecepatan tinggi hingga terbentuklah kristal-krisatal gula. Kalau endapan gula tidak diproses dengan putaran, maka akan diperoleh gula kental. Kristal gula pertama tama dipisahkan dengan mesin sentrifugal dan cairan yang tersisa digunakan untuk tambahan pada proses kristalisasi selanjutnya. Ampas yang tersisa (dimana sudah tidak bisa lagi diambil gula darinya) digunakan untuk makanan ternak dan dengan itu t erbentuklah gula putih yang kemudian disaring ke dalam tingkat kualitas tertentu untuk kemudian dijual. Pada pembuatan gula merah, setelah cukup murni, cairan gula merah didinginkan dan dikristalkan (biasanya sambil diaduk) untuk memproduksi gula yang dapat dituang ke cetakan. Sebuah mesin sentrifugal juga dapat digunakan pada proses kristalisasi. Pada pemeriksaan hematokrit digunakan sentrifuge. Darah dengan antikoagulan diputar di sentrifuge, kemudian dibandingkan panjang kolom merah dengan total kolom. Dalam percobaan Isolasi DNA Kromosom dilakukan pemanenan, disentrifugasi 1,5 ml sel di dalam eppendorf sehingga diperoleh pelet sel menggunakan sentrifuge berkecepatan 13.000 rpm selama 5 menit lalu dsentrifuge dengan kecepatan 13.000 rpm selama 1 menit. Supernatan yang tersisa dibuang dan pelet yang tersisa ditambahkan etanol 70% sebanyak 100 μl dan disentrifuge
kembali dengan kecepatan 13.000 rpm selama 1 menit. Sedangkan pada pemurnian DNA kromosom disentrifuge dengan kecepatan 13.000 rpm selama 10 menit. Supernatan bagian atas diambil dan ditambahkan sodium asetat 3 M sebanyak 0,1 kali volume supernatan atas yang didapat. Ditambah etanol absolute dingin sebanyak 2 kali volume supernatan atas yang didapat, lalu disentri fuge lagi dengan kecepatan 13.000 rpm selama 5 menit.
DAFTAR PUSTAKA
Yuwono, Triwibowo. 2008. Biologi Molekuler . Erlangga: Jakarta
