Kromatografi gas

Kromatografi gas digunakan untuk pemisahan campuran yg komponen2nya dapat menguap pada suhu percobaan (sampai 400c) dengan gas sebgai fase gerak n sbg fase diam bisa zat padat atau zat cair. Bila fase diam merupakan zat padat, maka teknik ini dsebut sbggas  ‘gas solid chromatography’ (GSC). Jika zat cair, dsbut gas liquid chromatography (GLC). Kromatografi gas (atau biasa dikenal juga dengan Gas Chromatography/GC) adalah salah satu bagian dari khromatografi yaitu salah satu teknik pemisahan komponen-komponen dalam campuran di antara fase diam (kolom) dan fase gerak (gas). Ruang lingkup aplikasi kromatografi gas adalah sampel sampel yang mudah menguap,mudah diuapkan dan tidak rusak karena panas (thermally-stable).Untuk sampel yang tidak memenuhi syarat tersebut masih memungkinkan untuk dianalisis dengan menggunakan metode kromatografi gas  melalui perlakuan tertentu seperti derivatisasi dan penggunaan teknik tambahan (metode headspace,pyrolizer,dll).Saat ini GC merupakan salah satu instrumen utama dalam aplikasi laboratorium.

Secara umum,konfigurasi kromatografi gas meliputi bagian-bagian sebagai berikut:

1. Gas Pembawa

Gas pembawa (carrier gas) berfungsi sebagai fase gerak. Gas pembawa adalah gas inert yang memiliki kemurnian tinggi (direkomendasikan grade Ultra High Purity atau UHP).Gas pembawa ini yang akan membawa uap sampel masuk ke dalam kolom untuk dipisahkan komponen-komponen dalam campurannya dan selanjutnya akan masuk ke detektor untuk dideteksi secara individual. Gas pembawa yang biasa digunakan adalah Helium,Nitrogen atau Hidrogen. Kecepatan linier carrier gas menentukan efisiensi kolom. Untuk kolom dengan diameter ¼” O.D . biasanya digunakan flow rate 75ml/menit dan untuk kolom 1/8” 25ml/mnit. Flowrate optimum dapat ditentukan dengan persamaan van deemter. (silakan mengacu ke kurva Van Deemter). Syarat :

1.      Iner, untuk mencegah interaksi dengan sampel atau pelarut

2.      Koefisien difusi sampel pada gas tersebut rendah

3.      Murni dan mudah diperoleh

4.      Murah

5.      Cocok untuk detektor yang digunakan

Untuk analisis sampel gas,maka gas pembawa yang digunakan harus berbeda dengan gas target analisis. Gas pembawa biasanya disimpan dalam tabung gas bertekanan tinggi atau dari gas generator.

2. Injektor

Injektor memiliki fungsi untuk memasukkan sampel,menguapkan sampel,dan mencampur uap sampel dengan gas pembawa. Dalam kromatografi gas,semua sampel dari fase asal harus diubah menjadi fase gas/uap.Misalnya sampel padatan dapat dilarutkan terlebih dahulu,baru larutannya diinjeksikan ke sistem kromatografi gas.Untuk sampel larutan bisa langsung diinjeksikan menggunakan microsyringe biasa,sementara untuk sampel gas bisa menggunakan gas-tight syringe.Untuk otomatisasi,bisa juga menggunakan autoinjector/autosampler. Injektor dilengkapi dengan blok pemanas (heater block) yang memungkinkan pengaturan suhu injektor untuk menguapkan sampel.Biasanya yang menjadi patokan awal adalah kira-kira 50 oC di atas titik didih tertinggi dalam campuran,dengan asumsi semua zat target akan menguap tapi tidak sampai merusak komponen itu sendiri. Untuk sampel-sampel yang memerlukan perlakuan khusus bisa menggunakan opsi tambahan,misalnya Pyrolizer (untuk sampel seperti ban,kayu,dll),Headspace (untuk sampel film atau kemasan plastik,cat,dll) atau Programmable Temperature Vaporizer (untuk sampel biodiesel yang memiliki range titik didih lebar).

3. Kolom

Kolom berfungsi sebagai fase diam dan merupakan jantung dari kromatografi.Dalam kolomlah terjadi proses pemisahan komponen-komponen dalam campuran berdasarkan perbedaan afinitas masing-masing komponen terhadap fase diam dan fase gerak. Secara imaginer,masing-masing komponen akan mengalami 3 kondisi:ikut dengan gas pembawa,terdistribusi secara dinamis di antara gas pembawa dan kolom,serta tertahan/larut dalam kolom.Mekanisme ini terjadi berulang-ulang mulai dari sampel masuk ke dalam kolom hingga masuk ke detektor secara individual. Proses pemisahan dalam kolom dipengaruhi oleh banyak faktor seperti sifat kimia-fisika dari sampel maupun material kolom,dimensi kolom(panjang,diameter dan tebal lapisan kolom,kapiler/kemas),laju alir gas pembawa, suhu oven kolom,dll. Secara umum,semakin mirip polaritas komponen sampel dengan fase diam,maka semakin kuat interaksi antara keduanya sehingga komponen akan tertahan lebih lama dalam kolom (waktu retensi makin lama). Semakin panjang kolom,semakin panjang jarak lintasan yang harus dilalui oleh komponen sampel sehingga waktu retensi makin lama.Laju aliran gas pembawa mempengaruhi kecepatan migrasi komponen sampel dalam kolom (semakin cepat laju alir akan mengakibatkan waktu retensi makin cepat pula).Begitu pula dengan variabel suhu oven kolom,makin tinggi suhu oven kolom,makin lemah interaksi antara komponen sampel dengan fase diam,sehingga makin cepat waktu retensi. Semua variabel tersebut dikombinasikan sedemikian rupa sehingga didapatkan kondisi analisis yang menghasilkan pemisahan yang baik namun waktu analisis juga seefektif mungkin.

Kolom merupakan tempat terjadinya proses pemisahan karena di dalamnya terdapat fase diam. Oleh karena itu, kolom merupakan komponen sentral pada GC.

Ada 3 jenis kolom pada GC yaitu kolom kemas (packing column) dan kolom kapiler (capillary column); dan kolom preparative (preparative column). Perbandingan kolom kemas dan kolom kapiler dtunjukkan oleh gambar berikut :

Kolom Kemas                                                Kolom Kapiler

Kolom kemas terbuat dari gelas atau logam yang tahan karat atau dari tembaga dan aluminium. Panjang kolom jenis ini adalah 1–5 meter dengan diameter dalam 1-4 mm. Kolom kapiler sangat banyak dipakai karena kolom kapiler memberikanefisiensi yang tinggi (harga jumlah pelat teori yang sangat besar > 300.000 pelat). Kolom preparatif digunakan untuk menyiapkan sampel yang murni dari adanya senyawa tertentu dalam matriks yang kompleks.

Fase diam yang dipakai pada kolom kapiler dapat bersifat non polar, polar, atau semi polar. Fase diam non polar yang paling banyak digunakan adalah metil polisiloksan (HP-1; DB-1; SE-30; CPSIL-5) dan fenil 5%-metilpolisiloksan 95% (HP-5; DB-5; SE-52; CPSIL-8). Fase diam semi polar adalah seperti fenil 50%-metilpolisiloksan 50% (HP-17; DB-17; CPSIL-19), sementara itu fase diam yang polar adalah seperti polietilen glikol (HP-20M; DB-WAX; CP-WAX; Carbowax-20M) (6).

4. Oven

Faktor suhu sangat berpengaruh secara signifikan dalam pemisahan di khromatografi gas,khususnya suhu kolom.Kolom diletakan dalam sebuah oven yang bisa diatur suhunya sesuai kebutuhan analisis (baik suhu tetap maupun suhu terprogram).Oven yang baik harus bisa memberikan akurasi dan kestabilan suhu yang baik.

5. Detektor

Detektor pada khromatografi gas berfungsi untuk memberikan respon linear atas komponen-komponen sampel yang sudah dipisahkan dalam kolom.Komponen-komponen dalam sampel akan masuk secara individual ke dalam sistem detektor dan akan dideteksi responnya sesuai prinsip masing-masing detektor,arusnya diperkuat,kemudian dikonversi menjadi satuan tegangan listrik (uV atau mV).Masuknya komponen-komponen sampel ke detektor terjadi secara parsial(tidak sekaligus) dan plotingnya akan membentuk kurva distribusi Gauss seperti yang bisa kita lihat sebagai “khromatogram”. Untuk detektor MS (Mass Spectrometer),mekanismenya agak berbeda dengan mekanisme detektor lain. Ada beberapa jenis detektor dalam khromatografi gas,berikut adalah jenis detektor yang dikenal :

a. Flame Ionization Detector (FID),adalah detektor general untuk mengukur komponen-komponen sampel yang memiliki gugus alkil (C-H).Komponen sampel masuk ke FID,kemudian akan dibakar dalam nyala (campuran gas H2 dan udara),komponen akan terionisasi,ion-ion yang dihasilkan akan dikumpulkan oleh ion collector,arus yang dihasilkan akan diperkuat,kemudian akan dikonversi menjadi satuan tegangan.Semakin tinggi konsentrasi komponen,makin banyak pula ion yang dihasilkan sehingga responnya juga makin besar.

b. Thermal Conductivity Detector (TCD) adalah detektor paling general sebab hampir semua komponen memiliki daya hantar panas.TCD bekerja dengan prinsip mengukur daya hantar panas dari masing-masing komponen.Mekanismenya berdasarkan teori “Jembatan Wheatstone” di mana ada dua sel yaitu sel referensi dan sel sampel.Sel referensi hanya dilalui oleh gas pembawa,sementara sel sampel dilalui oleh gas pembawa dan komponen sampel.Perbedaan suhu kedua sel akan mengakibatkan perbedaan respon listrik antara keduanya dan ini akan dihitung sebagai respon komponen sampel.Detektor TCD banyak digunakan untuk analisis gas.

c. Electron Capture Detector (ECD) adalah detektor khusus untuk mendeteksi senyawaan halogen organik.Banyak diaplikasikan untuk analisis senyawaan pestisida.Secara prinsip,komponen sampel akan ditembak dengan sumber radioaktif Nikel,dan jumlah elektron yang hilang dari proses itu dianggap linear dengan konsentrasi senyawaan tersebut.

d. Flame Photometric Detector (FPD) adalah detektor khusus untuk mendeteksi senyawaan sulfur, posfor dan atau timah organik.Prinsipnya adalah pembakaran senyawaan komponen sehingga mengemisikan energi tertentu yang akan dilewatkan ke filter tertentu (filter S,P atau Sn) kemudian akan dideteksi oleh Photomultiflier.Banyak digunakan untuk analisis senyawaan pestisida.

e. Flame Thermionic Detector(FTD) adalah detektor khusus untuk mendeteksi senyawaan nitrogen dan atau posfor organik.Prinsipnya adalah pembakaran senyawaan komponen kemudian direaksikan dengan garam Rubidium dan respon listrik yang dihasilkan akan diperkuat dan dikonversi menjadi satuan tegangan.Banyak digunakan untuk analisis senyawaan pestisida.

f. Mass Spectrometer (MS) adalah detektor khusus yang dapat digunakan baik untuk analisis kualitatif maupun kuantitatif.Prinsip pengukurannya adalah komponen sampel dipecah menjadi bentuk ion fragmennya (baik secara elektronik maupun kimiawi) lalu ion fragmen tersebut dilewatkan ke Mass Analyzer untuk memisahkan ion berdasarkan perbedaan massa/muatan dan selanjutnya diteruskan ke ion detector untuk mendeteksi jumlah ion yang dihasilkan.Spektrum fragmen yang dihasilkan oleh masing-masing komponen akan menunjukkan karakteristik yang khas,dan ini digunakan untuk tujuan identifikasi kualitatif dengan membandingkan dengan database atau library spektrum yang telah ada.

Syarat2 detektor:

1.      sensitif atau mempunyai limit seteksi yg rendah

2.      volumenya kecil sehingga tidak mengencerkan eluet

3.      responyya cepat dan linier untuk daerahkonsentrasi yng lebar dan tidak dipengaruhi oleh suhu ‘flow rate’ idealny respon ini harus sama untuk setiap senyawa dengan konsentrasi yang sama.

4.      stabil untuk jangka waktu yang lama

5.      sederhana, murah, kuat dan aman

6. Pengolah Data

Pengolah data berfungsi sebagai pengatur sistem instrumen dan pengolahan data untuk tujuan analisis kualitatif maupun kuantitatif. Secara umum pengolah data bisa berupa integrator/recorder ataupun berupa software yang beroperasi under-Windows.

• Cara Pengoperasian Gas Chromatography

Sesudah alat-alat disiapkan, kolom, alat pendeteksi, suhu dan aliran gas pembawa diatur hingga kondisi seperti yang tertera pada masing-masing monografi, suntikkan larutan zat sejumlah yang tertera pada masing-masing monografi atau larutan  pada tempat penyuntikan zat menggunakan alat penyuntik mikro. Pemisahan komponen-komponen dideteksi dan digambarkan dalam kromatografi. Letakkan kurva pada kromatogram dinyakatakn dalam waktu retensi (waktu dari penyuntikan contoh sampai puncak kurva pada kromatogram) atau volume retensi (waktu retensi x kecepatan alir gas pembawa) yang tetap untuk tiap zat pada kondisi yang tetap. Dasar ini digunakan untuk identifikasi. Dari luas daerah puncak urva atau tinggi puncak kurva, komponen zat dapat ditetapkan secara kwantitatif.

• Cara kalibrasi

Buat satu seri larutan . Setelah itu, suntikan dengan volume sama tiap larutan ke dalam tempat penyuntikan zat. Gambar garis kalibrasi dari kromatogram, dengan berat zat pada sumbu horizontal, dan tinggi puncak kurva atau luas daerah puncak kurva pada sumbu vertical. Buat larutan zat seperti yang tertera pada masing-masing monografi. Dari kromatogram yang diperoleh dengan kondisi yang sama seperti cara memperoleh garis kalibrasi, ukur luas daerah puncak kurva atau tinggi puncak kurva. Hitung jumlah zat menggunakan garis kalibrasi. Dalam cara kerja ini, semua harus dikerjakan dengan kondisi yang betul-betul tetap.

KROMATOGRAM :
Kromatogram (hasil pemisahan zat oleh elusi pada kromatografi kertas berupa bercak yang menunjukan ” letak ” zat. Tiap pada sistem kromatogram tertentu menghasilkan :
Jarak ynag ditempuh oleh zat yang bersangkutan dititik awal
Nilai Rf :
Jarak yang ditempuh oleh elusi dititik awal
Nilai Rf disebut juga faktor Retardasi = Rate of fraction.
Pada sistem kromatografi dan kondisi elusi tertentu, tiap-tiap zat dapat dikenal melalui Nilai Rf nya yang sebagai suatu tetapan kimia fisika.

Fakto-faktor yang mempengaruhi nilai Rf antara lain :
1. Jenis dan mutu kertas, daya jerap, kelembaban.
2. Susunan pelarut, meliputi :
a. Kemurnian pelarut
b. Stabilitas campuran pelarut selama pemakain dan penyimpanan
3. temperatur ruang
4. kelembaban ruang
5. Kejenuhan ruang akan uap pelarut
6. Konsentrasi (banyaknya) zat
7. Jarak bercak awal (tempat penetesan zat) kepermukaan pelarut
8. Adanya zat lain atau pencemaran
Untuk mengurangi pengaruh fakto-faktor yang sukar diatur tersebut maka seringkali ditentukan nilai Rx statu zat A terhadap zat x sebaga pembangding.
Rf zat A
Nilai Rx =
Rf zat X
Nilai Rx diharapkan tetap karena kedua nilai Rf diperoleh pada kondisi kromatografi yang sama.