Dasar Teori Gas Kromatografi

8/11/2019 Dasar Teori Gas Kromatografi

1/7

Dasar Teori

Kromatografi Gas adalah metode kromatografi pertama yang dikembangkan pada jaman

instrument dan elektronika yang telah merevolusikan keilmuan selama lebih dari 30 tahun.

Sekarang GC dipakai secara rutin di sebagian besar laboratorium industri dan perguruan tinggi.

GC dapat dipakai untuk setiap campuran yang komponennya atau akan lebih baik lagi jika semua

komponennya mempunyai tekanan uap yang berarti pada suhu yang dipakai untuk pemisahan.

Dalam kromatografi gas, fase bergeraknya adalah gas dan zat terlarut terpisah sebagai

uap. Pemisahan tercapai dengan partisi sampel antara fase gas bergerak dan fase diam berupa

cairan dengan titik didih tinggi (tidak mudah menguap) yang terikat pada zat padat

penunjangnya.

Ada beberapa kelebihan kromatografi gas, diantaranya kita dapat menggunakan kolom

lebih panjang untuk menghasilkan efisiensi pemisahan yang tinggi. Gas dan uap mempunyai

viskositas yang rendah, demikian juga kesetimbangan partisi antara gas dan cairan berlangsung

cepat, sehingga analisis relatif cepat dan sensitifitasnya tinggi. Fase gas dibandingkan sebagian

besar fase cair tidak bersifat reaktif terhadap fase diam dan zat-zat terlarut. Kelemahannya adalah

teknik ini terbatas untuk zat yang mudah menguap.

Kromatografi gas merupakan metode yang tepat dan cepat untuk memisahkan campuran

yang sangat rumit. Waktu yang dibutuhkan beragam, mulai dari beberapa detik untuk campuransederhana sampai berjam-jam untuk campuran yang mengandung 500-1000 komponen.

Komponen campuran dapat diidentifikasikan dengan menggunakan waktu tambat (waktu retensi)

yang khas pada kondisi yang tepat. Waktu tambat ialah waktu yang menunjukkan berapa lama

suatu senyawa tertahan dalam kolom.waktu tambat diukur dari jejak pencatat pada kromatogram

dan serupa dengan volume tambat dalam KCKT dan Rf dalam KLT. Dengan kalibrasi yang

patut, banyaknya (kuantitas) komponen campuran dapat pula diukur secara teliti . kekurangan

utama KG adalah bahwa ia tidak mudah dipakai untuk memisahkan campuran dalam jumlah

besar. Pemisahan pada tingkat mg mudah dilakukan, pemisahan campuran pada tingkat tidak

mungkin dilakukan; tetapi pemisahan dalam tingkat pon atau ton sukar dilakukan kecuali jika

tidak ada metode lain.

Proses kromatografi dalam alat GC dimulai dengan menyuntikkan sample ke dalam kolom.

Mula-mula komponen-komponen di dalam kolom diuapkan, kemudian dielusi oleh gas pembawa


2/7

untuk melalui kolom. Perbedaan laju migrasi masing-masing komponen dalam kolom

disebabkan oleh perbedaan titik didih dan interaksi masing-masing komponen dengan fasa

stasioner. Pendeteksian saat keluar dari kolom dilakukan berdasarkan perubahan sifat fisika

aliran gas yang disebabkan adanya komponen yang dikandungnya. Sifat fisika tersebut, misalnya

daya hantar panas, absorpsi radiasi elektromagnetik, indeks refraksi, derajat terinduksi ion, dsb.

Untuk analisa kualitatif, komponen-komponen yang terelusi dikenali dari nilai waktu retensi, TR.

TR analit dibandingkan dengan TR standar pada kondisi operasi alat yang sama. Sedangkan

untuk analisa kuantitatif, penentuan kadar atau jumlah analit dilakukan dengan membandingkan

luas puncak analit dengan luas puncak standar. Efisiensi kolom ditentukan berdasarkan jumlah

pelat teori (N) dalam kolom, melalui persamaan : N = 16 x (TR / WB)2 , dengan TR = waktu

retensi dan WB = lebar dasar puncak.

Komponen-Komponen Kromatograf i Gas

1. Gas Pembawa

Gas pembawa harus bersifat inert artinya gas ini tidak bereaksi dengancuplikan ataupun

fasa diamnya. Gas ini disimpan dalam silinder baja bertekanan tinggi sehingga gas ini akan

mengalir cepat dengan sendirinya.Karena aliran gas yang cepat inilah maka pemisahan dengan

kromatografi gas berlangsung hanya dalam beberapa menit saja.Gas pembawa yang biasa

digunakan adalah gas argon, helium,hidrogen dan nitrogen. Gas nitrogen memerlukan kecepatan

alir yang lambat(10 cm/detik) untuk mencapai efisiensi yang optimum dengan HETP

(HighEficiency Theoretical Plate) minimum. Sementara hidrogen dan helium dapatdialirkan

lebih cepat untuk mencapai efisiensi optimumnya, 35 cm/detik untuk gas hidrogen dan 25

cm/detik untuk helium. Dengan kenaikan laju alir, kinerjahidrogen berkurang sedikir demi

sedikit sedangkan kinerja nitrogen berkurangsecara drastis.

Semakin cepat solut berkesetimbangan di antara fasa diam dan fasagerak maka semakin

kecil pula faktor transfer massa. Difusi solut yang cepatmembantu mempercepat kesetimbangan

di antara dua fasa tersebut, sehinggaefisiensinya meningkat (HETP nya menurun). Pada

kecepatan alir tinggi, solut berdifusi lebih cepat melalui hidrogen dan helium daripada melalui

nitrogen.Hal inilah yang menyebabkan hidrogen dan helium memberikan resolusi yanglebih baik

daripada nitrogen. Hidrogen memiliki efisiensi yang relatif stabildengan adanya perubahan

kecepatan alir. Namun, hidrogen mudah meledak jika terjadi kontrak dengan udara. Biasanya,

helium banyak digunakan sebagai penggantinya.Kotoran yang terdapat dalam carrier gas dapat


3/7

bereaksi dengan fasadiam. Oleh karena itu, gas yang digunakan sebagai gas pembawa yang

relatif kecil sehingga tidak akan merusak kolom. Biasanya terdapat saringan( molecular saeive )

untuk menghilangkan kotoran yang berupa air danhidrokarbon dalam gas pembawa . Pemilihan

gas pembawa biasanyadisesuaikan dengan jenis detektor.

2. Sistem Injeksi Sampel

Sampel dapat berupa gas atau cairan dengan syarat sampel harusmudah menguap saat

diinjeksikan dan stabil pada suhu operasional (50-300C). Injektor berada dalam oven yang

temperaturnya dapat dikontrol. Suhuinjektor biasanya 50 C di atas titik didih cuplikan. Jumlah

cuplikan yangdiinjeksikan sekitar 5 L. Tempat pemasukkan cuplikan cair pada kolom

pak biasanya terbuat dari tabung gelas di dalam blok logam panas. Injeksi sampelmenggunakan

semprit kecil. Jarum semprit menembus lempengan karet tebaldisebut septum yang mana akan

mengubah bentuknya kembali secara otomatisketika semprit ditarik keluar.(www.chem-is-

try.org)Untuk cuplikan berupa gas dapat dimasukkan dengan menggunakanalat suntik gas ( gas-

tight syringe ) atau kran gas ( gas-sampling valve).Alat pemasukan cuplikan untuk kolom

terbuka dikelompokkan kedalam dua kategori yaitu injeksi split ( split injection) dan injeksi

splitless( splitless injection). Injeksi split dimaksudkan untuk mengurangi volume

3. Oven, digunakan untuk memanaskan column pada temperature tertentu sehingga mempermudah

proses pemisahan komponen sample.

4. Column, berisi stationary phase dimana mobile phase akan lewat didalamnya sambil membawa

sample. Secara umum terdapat 2 jenis column, yaitu:

a. Packed column, umumnya terbuat dari glass atau stainless steel coil dengan panjang 1 5 m dan

diameter kira-kira 5 mm.

b. Capillary column, umumnya terbuat dari purified silicate glass dengan panjang 10-100 m dan

diameter kira-kira 250 mm. Beberapa jenis stationary phase yang sering digunakan: a)

Polysiloxanes untuk nonpolar analytes/sample. b) Polyethylene glycol untuk polar

analytes/sample. c)Inorganicataupolymer packinguntuk sample bersifat small gaseous species.

5. Detector, berfungsi mendeteksi adanya komponen yang keluar dari column. Ada beberapa jenis

detector, yaitu:

a. Atomic-Emission Detector (AED); cara kerjanya adalah: campuran sample-gas yang keluar dari

column diberi tambahan energy dengan menggunakan microwave sehingga atom-atomnya


4/7

bereksitasi; sinar eksitasi ini kemudian diuraikan oleh diffraction grating dan diukur oleh

photodiode array; kehadiran komponen dalam sample dapat ditentukan dari adanya panjang

gelombang eksitasi komponen tersebut yang diukur oleh photodiode array.

b. Atomic-Emission Spectroscopy (AES) atau Optical Emission Spectroscopy (OES); cara

kerjanya: campuran sample-gas yang keluar dari column diberi tambahan energy sehingga atom-

atomnya bereksitasi; sumber energy tambahan ini (excitation source) terdiri dari beberapa jenis

yaitu direct-current-plasma (DCP), flame, inductively-coupled plasma (ICP) dan laser-induced

breakdown (LIBS); sinar eksitasi dari berbagai atom ini kemudian diukur secara simultan oleh

polychromator dan multiple detector; polychromator disini berfungsi sebagai wavelength

selector.

c. Chemi luminescense Spectroscopy; cara kerjanya sama seperti pada AES yaitu mengukur sinar

eksitasi dari sample yang diberi tambahan energy; perbedaan dari AES adalah eksitasi molekul

sample bukan atom sample; selain itu, energy tambahan yang diberikan bukan berasal dari

sumber energy luar seperti lampu atau laser tetapi dihasilkan dari reaksi kimia antara sample dan

reagent; sinar eksitasi molekul sample ini kemudian diukur dengan photomultiplier detector

(PTM).

d. Electron Capture Detector (ECD); menggunakan radioactive beta emitter (electron) untuk

mengionisasi sebagian gas (carrier gas) dan menghasilkan arus antara biased pair of electron;

ketika molekul organik yang mengandung electronegative functional groups seperti halogen,

phosphorous dan nitro groups dilewati detector, mereka akan menangkap sebagian electron

sehingga mengurangi arus yang diukur antara electrode.

e. F lame Ionization Detector (F ID); terdiri dari hydrogen/air flame dan collector plate; sample

yang keluar dari column dilewatkan ke flame yang akan menguraikan molekul organik dan

menghasilkan ion-ion; ion-ion tersebut dihimpun pada biased electrode (collector plate) dan

menghasilkan sinyal elektrik.

f. F lame Photometri c Detector (FPD); digunakan untuk mendeteksi kandungan sulfur atau

phosphorous pada sample. Peralatan ini menggunakan reaksi chemiluminescent sample dalam

hydrogen/air flame; sinar eksitasi sebagai hasil reaksi ini kemudian diukur oleh PMT.

g. Mass Spectrometry (MS); mengukur perbedaan mass-to-charge ratio (m/e) dari ionisasi atom

atau molekul untuk menentukan kuantitasi atom atau molekul tersebut.


5/7

h. Ni trogen Phosphorus Detector (NPD); prinsip kerjanya hampir sama dengan FID, perbedaan

utamanya adalah hydrogen/air flame pada FID diganti oleh heated rubidium silicate bead pada

NPD; sample dari column dilewatkan ke hot bead; garam rubidium yang panas akan

memancarkan ion ketika sample yang mengandung nitrogen dan phosphorous melewatinya;

sama dengan pada FID, ion-ion tersebut dihimpun pada collector dan menghasilkan arus listrik.

i. Photoioni zation Detector (PID); digunakan untuk mendeteksi aromatic hydrocarbon atau

organo-heteroatom pada sample; sample yang keluar dari column diberi sinar ultraviolet yang

cukup sehingga terjadi eksitasi yang melepaskan electron (ionisasi); ion/electron ini kemudian

dikumpulkan pada electroda sehingga menghasilkan arus listrik.

j. Thermal Conductivity Detector (TCD); TCD terdiri dari electrically-heated wire atau

thermistor; temperature sensing element bergantung pada thermal conductivity dari gas yang

mengalir disekitarnya; perubahan thermal conductivity seperti ketika adanya molekul organik

dalam sample yang dibawah carrier gas, menyebabkan kenaikan temperature pada sensing

element yang diukur sebagai perubahan resistansi. 11) Photodiode Array Detector (PAD);

merupakan linear array discrete photodiode pada sebuah IC; pada spectroscopy, PAD

ditempatkan pada image plane dari spectroscopy sehingga memungkinkan deteksi panjang

gelombang pada rentang yang luas bisa dilakukan secara simultan.

Tipe Kolom dan Pengoperasian Kolom

Kolom dimana pemisahan terjadi, memiliki dua tipe dasar yaitu Kolom kemasan konvensional

dan Kolom kapiler atau Kolom tabung terbuka. Kolom dapat dioperasikan dengan dua cara ,

yaitu : secara isotermal (temperatur konstan) dan temperatur terprogram (variabel peningkatan

temperatur dan waktu ditahan pada temperatur konstan).

Operasi Isotermal

Pada operasi isotermal, temperatur kolom dijaga konstan. Batas temperatur maksimum

dan minimum dipengaruhi stabilitas dan karakter fisik fase diam. Batas bawah ditentukan oleh

titik beku dan batas atas ditentukan oleh bleed dari fase diam. Bleed adalah fase diam masuk

ke detektor. Secara umum pada mode operasional ini, injektor dioperasikan 30oC diatas

temperatur komponen dengan titik didih maksimum (kolom kemasan konvensional).

Operasi temperatur terprogram (TPGC)


6/7

Pada kromatografi gas temperatur terprogram, temperatur oven dikendalikan oleh sebuah

program yang dapat mengubah tingkatan pemanasan yang terjadi antara 0,25oC sampai 20oC.

Sebuah oven massa rendah mengijinkan pendinginan dan pemanasan cepat dari kolom yang

dapat ditahan sampai 1oC dari temperatur yang diperlukan. Pada operasi temperatur terprogram

diperlukan pengendali aliran untuk memastikan kesetabilan aliran gas. Kestabilan aliran sangat

diperlukan untuk mencapai stabilitas hasil detektor yang baik yang ditunjukan pada

garisbawah/baseline datar yang stabil. Fase diam harus stabil secara termal melewati range

temperatur yang lebar. Bleed dapat diganti dengan menjalankan dua kolom yang identik secara

tandem, satu untuk pemisahan komponen dan yang lain untuk melawan bleed.

APLIKASI KROMATOGRAFI GAS

1. Analisis kualitatif

Tujuan utama kromatografi adalah memisahkan komponen-komponen yang terdapat dalam suatu

campuran. Dengan demikian, jumlah puncak yang terdapat dalam kromatogram menunjukkan

jumlah komponen yang terdapat dalam suatu campuran. Selain digunakan untuk keperluan

pemisahan, kromatografi juga sering kali digunakan dalam analisis kualitatif senyawa-senyawa

yang mudah menguap. Misalnya, analisi komponen pestisida yang dipisahkan dengan kolom

(panjang 1,5m dan diameter 6mm) yang berisi fasa diam 1,5% OV-17 dan dideteksi dengan

detetktor ECD. Dari hasil pengukuran diperoleh kromatogram sebagai berikut:

Berdasarkan kromatogram pada gambar 2 diatas, maka kita dapat mengidentifikasi setiap

komponen yang menghasilkan puncak. Dari hasil analisis kualitatif, komponen-komponen yang

menghasilkan puncuk A, B, C, D dan E berturut-turut adalah Aldrin, heptaklor, aldrin, dieldrin,

dan DDT.

Untuk mengidentifikasi tiap peak dalam kromatogram dapat dilakukan dengan berbagai macam

cara, antara lain:

a. Membandingkan waktu retensi analit dengan waktu retensi standar. Waktu retensi standar

diperoleh melalui pengukuran senyawa yang diketahui pada kondisi pengukuran yang sama

dengan sampel. Misalnya, menentukan untuk menentukan waktu retensi eldrin saja, atau DDT

saja, kemudian dibandingkan dengan waktu retensi yang dihasilkan oleh sampel. Bila kedua

waktu retensi tersebut sesuai, maka kita dapat mengidentifikasi puncak pada kromatogram.


7/7

b. Melakukan ko-kromatografi, yaitu dengan cara menambahkan larutan standar kepada cuplikan

untuk kemudian diukur dengan menggunakan kromatografi gas. Bila luas area salah satu peak

bertambah, maka dapat dipastikan bahwa analit tersebut identik dengan standar.

c. Menghubungkan GC dengan detektor spektrometer massa atau IR. Dengan menghubungkan GC

dengan spektra dari setiap peak dapat direkam secara menyeluruh.

d. Setiap komponen yang telah keluar dari kolom kemudian dikondensasikan dan selanjutnya

dilakukan analisis lebih lanjut dengan menggunakan spektrometri NMR. Cara ini dapat

dilakukan apabila detektor yang digunakan pada GC tidak bersifat dekstruktif, misalnya TCD.

2. Analisis kuantitatif

Kromatografi gas juga dapat digunakan untuk keperluan analisis kuantitatif, yang

didasarkan pada dua pendekatan, yaitu luas area dan tinggi puncak pada kromatogram.

Pendekatan tinggi peak kromatogram dilakukan dengan cara membuat base line pada suatu peak

dan mengukur tinggi garis tegak lurus yang menghubungkan base line dengan peak. Pendekatan

ini berlaku jika lebar peak larutan standar dan analit tidak berbeda. Pendekatan luas area peak

memperhitungkan lebar peak sehingga perbedaan lebar peak antara standar dengan analit tidak

lagi menjadi masalah. Biasanya, kromatografi gas modern telah dilengkapi dengan piranti untuk

menghitung luas area peak secara otomatis. Secara manual, luas area peak dihitung dengan

menggambarkan segitiga pada peak tersebut, kemudian luas segitiga dihitung.

Gambar 3 pendekatan pada analisis kuantitatif

(a) Pendekatan luas area: A = tinggi

(b) Pendekatan tinggi puncak

Analisis kuantitatif dengan kedua pendekatan tersebut masih sangat kasar, sehingga

diperlukan koreksi terhadap hubungan anatar luas/ tinggi area puncak dengan jumlah analit yang

menghasilkan puncak tersebut, yang biasanya dinyatakan sebagai faktor respon detektor. Faktor

respon detektor berhubungan dengan kemampuan detektor untuk mendeteksi setiap komponen

yang terelusi dari kolom.

Dasar Teori Gas Kromatografi

Documents

Transcript of Dasar Teori Gas Kromatografi