TUGAS KIMIA PEMISAHAN DAN KROMATOGRAFI

GAS KROMATOGRAFI

Oleh :

Siti Khotijah

M0312069

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

2014

KROMATOGRAFI GAS

1. Pengertian

Gambar 1. Alat Kromatografi Gas

Kromatografi gas adalah proses pemisahan campuran menjadi

komponen-komponennya dengan menggunakan gas sebagai fase bergerak

yang melewati suatu lapisan serapan (sorben) yang diam. Fase gerak

adalah gas dan zat terlarut terpisah sebagai uap. Pemisahan tercapai

dengan partisi sampel antara fase gas bergerak. Fase diam berupa cairan

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

padat penunjangnya. Kromatografi gas memisahkan suatu campuran

berdasarkan kecepatan migrasinya di dalam fase diam yang dibawa oleh

fase gerak. Sedangkan perbedaan migrasi ini disebabkan oleh adanya

perbedaan interaksi diantara senyawa-senyawa kimia tersebut (di dalam

campuran) dengan fase diam dan fase geraknya. Interaksi ini adalah

adsorbsi, partisi, penukar ion dan jel permiasi.

2. Prinsip kerja kromatografi gas

Kromatografi gas mempunyai prinsip yang sama dengan

kromatografi lainnya, tapi memiliki beberapa perbedaan misalnya proses

pemisahan campuran dilakukan antara stasionary fase cair dan gas fase

gerak dan pada oven temperur gas dapat dikontrol sedangkan pada

kromatografi kolom hanya pada tahap fase cair dan temperatur tidak

dimiliki. Kromatografi gas merupakan teknik pemisahan yang mana solut-

solut yang mudah menguap (dan stabil terhadap panas) bermigrasi melalui

kolom yang mengandung fase diam dengan suatu kecepatan yang

tergantung pada rasio distribusinya. Pemisahan pada kromatografi gas

didasarkan pada titik didih suatu senyawa dikurangi dengan semua

interaksi yang mungkin terjadi antara solute dengan fase diam.

Prinsip utama pemisahan dalam kromatografi gas adalah

berdasarkan perbedaan laju migrasi masing-masing komponen dalam

melalui kolom. Secara sederhana prinsip kromatografi gas adalah udara

dilewatkan melalui nyala hydrogen (hydrogen flame) selanjutnya uap

organik tersebut akan terionisasi dan menginduksi terjadinya aliran listrik

pada detektor, kuantitas aliran listrik sebanding dengan ion.

3. Bagian – bagian kromatografi gas

Gambar 2. Skema alat kromatografi gas

Sistem peralatan dari kromatografi gas terdiri dari 7 bagian utama

diantaranya :

1. Gas Pembawa

Gas pembawa ditempatkan dalam tabung bertekanan tinggi.

Biasanya tekanan dari silinder sebesar 150 atm. Aliran gas akan

mengelusi komponen-komponen dengan waktu yang karaterisitik

terhadap komponen tersebut (waktu retensi). Karena kecepatan gas

tetap maka komponen juga mempunyai volume yang karateristik untuk

gas pembawa (volume retensi).

Adapun persyaratan-persyaratan yang harus dipenuhi oleh gas

pembawa adalah :

1. Inert, agar tidak terjadi interaksi dengan pelarut.

2. Murni, mudah didapat dan murah harganya.

3. Dapat mengurangi difusi dari gas.

4. Cocok untuk detektor yang digunakan.

Gas-gas yang sering dipakai adalah : helium, argon, nitrogen,

karbon dioksida dan hidrogen.Gas helium dan argon sangat baik, tidak

mudah terbakar, tetapi sangat mahal. H2 mudah terbakar, sehingga

harus berhati-hati dalam pemakaiannya. Kadang-kadang digunakan

juga CO2.

2. Tempat Injeksi

Tempat injeksi dari alat GC selalu dipanaskan. Dalam kebanyakan

alat, suhu dari tempat injeksi dapat diatur. Aturan pertama untuk

pengaturan suhu ini adalah bahwa suhu tempat injeksi sekitar 50°C

lebih tinggi dari titik didih campuran dari cuplikan yang mempunyai

titik didih yang paling tinggi. Cuplikan dimasukkan ke dalam kolom

dengan cara menginjeksikan melalui tempat injeksi.Hal ini dapat

dilakukan dengan pertolongan jarum injeksi yang sering disebut "a gas

tight syringe".

Cuplikan yang diinjeksikan tidak boleh terlalu banyak, karena GC

sangat sensitif. Biasanya jumlah cuplikan yang diinjeksikan pada

waktu kita mengadakan analisa 0,5 -50 ml gas dan 0,2 - 20 ml untuk

cairan. Ketepatan volum injeksi menjadi sangat penting untuk analisa

kuantitatif di mana jumlah analit yang diukur oleh detektor tergantung

pada konsentrasi analit dalam cuplikan. Apabila prosedur dikehendaki

hanya untuk identifikasi (analisis kualitatif), maka ketepatan volum

injeksi menjadi kurang penting.

3. Kolom

Kolom merupakan jantung dari kromatografi gas. Bentuk dari

kolom dapat lurus, bengkok, misal berbentuk V atau W, dan

kumparan/spiral. Biasanya bentuk dari kolom adalah kumparan.

Panjang kolom dapat dari 1 m sampai 3 m. Diameter kolom

mempunyai berbagai ukuran, biasanya pengukuran berdasarkan

diameter dalam dari kolom gelas yaitu antara 0,3 mm hingga 5 min.

Instrumen GC didisain supaya kolom dapat diganti secara

mudah dengan melepaskan fitting di dalam oven. Ide penggantian

kolom yang lebih panjang adalah memberikan kesempatan kontak

lebih lama antara campuran komponen dengan fasa diam yang pada

gilirannya memperbaiki pemisahan. Interaksi campuran komponen

dengan cairan fasa diam memainkan peran kunci dalam proses

pemisahan sehingga sifat-sifat fasa diam menjadi penting.

Ada 2 jenis kolom yang digunakan dalam kromatografi gas

secara umum, yaitu kolom jejal (packed columns) dan kolom tubuler

terbuka (open tubular columns). Kolom jejal (packed columns) adalah

kolom metal atau gelas yang diisi bahan pengepak terdiri dari

penunjang padatan yang dilapisi fase cair yang tidak menguap (untuk

kromatografi gas-padatan). Kolom tubuler terbuka sangat berbeda

dengan kolom jejal, yaitu gas yang mengalir sepanjang kolom tidak

mengalami hambatan, karena kolomnya merupakan tabung tanpa

bahan pengisi.

Gambar 3. Kolom dalam Kromatografi Gas

4. Detektor

Detektor berfungsi sebagai pendeteksi komponen-komponen

yang telah dipisahkan dari kolom secara terus-menerus, cepat, akurat,

dan dapat melakukan pada suhu yang lebih tinggi. Detektor harus

dapat dipercaya dan mudah digunakan. Fungsi umumnya mengubah

sifat-sifat molekul dari senyawa organik menjadi arus listrik kemudian

arus listrik tersebut diteruskan ke rekorder untuk menghasilkan

kromatogram. Detektor yang umum digunakan:

1. Detektor hantaran panas (Thermal Conductivity Detector/ TCD)

Prinsip kerja TCD didasarkan pada perbedaan daya hantar

panas, relatif terhadap gas pembawa. Filament dipanaskan, dimana

suhu filament tergantung pada konduktivitas panas gas di

sekelilingnya. Konduktivitas panas efluen kolom lebih rendah

(karena adanya sampel). Adanya sampel melewati kolom

menyebabkan jembatan Wheatstone tak seimbang sehingga terjadi

signal.TCD berdasar atas prinsip, suatu benda yang panas akan

kehilangan panasnya pada suatu kecepatan yang tergantung kepada

komposisi gas di sekitarnya. Jadi, kecepatan hilangnya panas itu

dapat digunakan sebagai ukuran tentang komposisi gas. Gas

pembawa yang mengandung sample atau analit masuk ke dalam

kolom, maka konduktivitas gas akan turun dan suhu filamen akan

meningkat serta resistansi. Lewatnya sampel melalui kolom

menyebabkan Jembatan Wheatstone yang tak seimbang sehingga

terjadi signal yang terbaca pada detektor.

2. Detektor ionisasi nyala (Flame Ionization Detector/ FID)

Gambar 4. Detektor ionisasi nyala

Prinsip kerja detector FID didasarkan pada senyawa yang

terbawa fasa gerak diionisasi dengan nyala (H2 + O2 / udara).

Perubahan arus akibat ionisasi diukur sebagai respon analit. Tidak

senstif terhadap karbon yang teroksidasi penuh. FID merupakan

detektor yang paling luas penggunaannya, bahkan dianggap

sebagai detektor yang universal untuk analisis obat dalam cairan

biologis menggunakan GC. Pada detector ini, komponen-

komponen sampel yang keluar dari kolom dibakar dalam nyala

(campuran gas hidrogen dan udara atau oksigen). Sejumlah besar

ion yang terbentuk dalam nyala masuk ke dalam celah elektrode

dan menurunkan tegangan listrik dari celah elektrode mula-mula.

Penurunan tegangan ini yang kemudian dicatat sebagai sinyal oleh

rekorder. Intensitas sinyal ini berbanding lurus dengan konsentrasi

solute dalam gas pembawa.

3. Detektor penangkap elektron (Electron Capture Detector/ ECD)

Prinsip kerja detector ECD didasarkan pada mekanisme

deteksi melibatkan emisi partikel radioaktif (β) dari 63Ni. Partikel

β menghasilkan elektron termal dari gas pembawa. Berdasarkan

penangkapan elektron termal oleh molekul sampel. Pada ECD

terdapat pemancar radioaktif β, seperti 3H atau 63Ni yang akan

mengionisasi gas pembawa. Aliran elektron sebagai hasil ionisasi

gas pembawa (nitrogen atau argon/methan) dalam ECD

memberikan sinyal yang berupa baseline suatu kromatogram. Bila

kemudian suatu senyawa masuk ke dalam detektor, sebagian dari

elektron tersebut akan ditangkap oleh senyawa sebelum mereka

mencapai plat detektor. Ini mengakibatkan aliran arus listrik dalam

detektor berkurang, yang oleh rekorder akan dicatat sebagai suatu

peak.

4. Detektor fotometrik nyala (Falame Photomertic Detector/ FPD)

5. Detektor nyala alkali

6. Detektor spektroskopi massa

Detektor yang peka terhadap senyawa organik yang

mengandung fosfor adalah FID, ECD, dan FPD. Detektor

penangkap elektron (Electron Capture Detector – ECD). Pada

penetapan ini, digunakan detektor penangkap elektron. Detektor ini

merupakan modifikasi dari FID yaitu pada bagian tabung ionisasi.

Dasar dari ECD ialah terjadinya absorbsi e- oleh senyawa yang

mempunyai afinitas terhadap e- bebas (senyawa-senyawa

elektronegatif). Dalam detektor gas terionisasi oleh partikel yang

dihasilkan dari 3H atau 63Ni. Detektor ini mengukur kehilangan

sinyal ketika analit terelusi dari kolom kromatografi. Detektor ini

peka terhadap senyawa halogen, karbonil terkoyugasi, nitril, nitro,

dan organo logam, namun tidak peka terhadap hidrokarbon,

ketone, dan alkohol.

5. Recorder (pencatat)

Recorder berfungsi sebagai pengubah sinyal dari detektor yang

diperkuat melalui elektrometer menjadi bentuk kromatogram. Sinyal

analitik yang dihasilkan detektor dikuatkan oleh rangkaian elektronik

agar bisa diolah oleh rekorder atau sistem data. Sebuah rekorder

bekerja dengan menggerakkan kertas dengan kecepatan tertentu. di

atas kertas tersebut dipasangkan pena yang digerakkan oleh sinyal

keluaran detektor sehingga posisinya akan berubah-ubah sesuai dengan

dinamika keluaran penguat sinyal detektor. Hasil rekorder adalah

sebuah kromatogram berbentuk pik-pik dengan pola yang sesuai

dengan kondisi sampel dan jenis detektor yang digunakan.

Rekorder biasanya dihubungkan dengan sebuah elektrometer

yang dihubungkan dengan sirkuit pengintregrasi yang bekerja dengan

menghitung jumlah muatan atau jumlah energi listrik yang dihasilkan

oleh detektor. Elektrometer akan melengkapi pik-pik kromatogram

dengan data luas pik atau tinggi pik lengkap dengan biasnya.

Sistem data merupakan pengembangan lebih lanjut dari

rekorder dan elektrometer dengan melanjutkan sinyal dari rekorder dan

elektrometer ke sebuah unit pengolah pusat (CPU,Central Procesing

Unit).

4. Metode Analisis kromatografi gas

Bila volum atau konsentrasi dari masing-masing komponen yang

terpisah sudah tertentu, hal itu disebut penentuan volumetrik (volumetric

determination). GC didasarkan pada prinsip bahwa komponen target yang

terdeteksi adalah murni karena sudah dipisahkan dari komponen-

komponen lain dalam cuplikan. Bila pemisahan ini betul-betul sempurna,

volumnya (konsentrasinya) dapat ditentukan dengan tingkat keakuratan

yang sangat tinggi.

Berikut 4 pokok metoda analisis (penentuan volumetrik) yang

digunakan dalam GC:

1. Metoda persentase luas permukaan (surface area percentage method)

2. Metoda pengaturan persentase luas permukaan (adjusted surface area

percentage method)

3. Metoda kurva kalibrasi absolut (absolute calibration curve method)

4. Metoda internal standard (internal standard method)

Keuntungan dan kekurangan masing-masing metoda di atas dan

pemilihan metodanya menjadi penting dalam mempertimbangkan analisis

yang ingin dihasilkan.

5. Aplikasi kromatografi gas

Kromatografi gas telah digunakan pada sejumlah besar senyawa-

senyawa dalam berbagai bidang. Dalam senyawa organic dan anorganik,

senyawa logam, karena persyaratan yang digunakan adalah tekanan uap

yang cocok pada suhu saat analisa dilakukan. Berikut beberapa kegunaan

kromatografi gas pada bidang-bidangmya adalah :

1. Polusi udara

Kromatografi gas merupakan alat yang penting karena daya

pemisahan yang digabungkan dengan daya sensitivitas dan pemilihan

detector GLC menjadi alat yang ideal untuk menentukan banyak

senyawa yang terdapat dalam udara yang kotor, KGCdipakai untuk

menetukan Alkil-Alkil Timbal, Hidrokarbon, aldehid, dan beberapa

oksida dari nitrogen dll.

2. Klinik

Diklinik kromatografi gas menjadi alat untuk menangani

senyawa-senyawa dalam klinik seperti : asam-asam amino,

karbohidrat, CO, dan O dalam darah, asam-asam lemak dan

turunannya, trigliserida-trigliserida, plasma steroid, barbiturate, dan

vitamin.

3. Bahan-bahan pelapis

Digunakan untuk menganalisa polimer-polimer setelah

dipirolisa, karet dan resin-resin sintesis.

4. Minyak atsiri

Digunakan untuk pengujian kulaitas terhadap minyak permen,

jeruk sitrat, dll.

5. Bahan makanan

Digunakan dengan TLC dan kolom-kolom, untuk mempelajari

pemalsuanatau pencampuran, kontaminasi dan pembungkusan dengan

plastic pada bahan makanan, juga dapat dipakai unutk menguji jus,

aspirin, kopi dll.

6. Sisa-sisa peptisida

GC dengan detector yang sensitive dapat menentukan atau

pengontrolan sisa-sisa peptisida yang diantaranya senyawa yang

mengandung halogen, belerang, nitrogen, dan fosfor.

7. Perminyakan

Kromatografi gas dapat digunakan unutk memisahkan dan

mengidentifikasi hasil-hasildari gas-gas hidrokarbon yang ringan.

8. Bidang farmasi dan obat-obatan

Kromatografi gas digunakan dalam pengontrolan kualitas,

analisa hasil-hasilbaru dalam pengamatan metabolisme dalam zat-zat

alir biologi.

9. Bidang kimia/ penelitian

Digunakan untuk menentukan lama reaksi pada pengujian

kemurnian hasil.

6. Kelebihan dan kekurangan kromatografi gas

a. Kelebihan

1. Waktu analisis yang singkat dan ketajaman pemisahan yang tinggi.

2. Dapat menggunakan kolom lebih panjang untuk menghasilkan

efisiensi pemisahan yang tinggi.

3. Gas mempunyai vikositas yang rendah.

4. Kesetimbangan partisi antara gas dan cairan berlangsung cepat

sehingga analisis relatif cepat dan sensitifitasnya tinggi.

5. Pemakaian fase cair memungkinkan kita memilih dari sejumlah

fase diam yang sangat beragam yang akan memisahkan hampir

segala macam campuran.

b. Kekurangan

1. Teknik Kromatografi gas terbatas untuk zat yang mudah

menguap.

2. Kromatografi gas tidak mudah dipakai untuk memisahkan

campuran dalam jumlah besar.

3. Fase gas dibandingkan sebagian besar fase cair tidak bersifat

reaktif terhadap fase diam dan zat terlarut.