KROMATOGRAFI GAS Prof. Dr. Harmita, Apt.

Pendahuluan Kromatografi gas digunakan untuk memisahkan campuran yang komponen – komponennya dapat menguap pada suhu percobaan dan tidak terurai (sebelum suhu 400℃) dengan mengunakan gas sebagai fase gerak. Ada dua jenis kromatografi gas : Kromatografi Gas Cair (KGC) (Lebih Populer) KGC menggunakan fase diam berupa cairan dan mekanisme sorpsi-nya adalah partisi. Kromatografi Gas Padat (KGP) KGP menggunakan fase diam padatan dan mekanisme sorpsi-nya adalah adsorpsi permukaan.

Prinsip teknik pemisahan dimana solut-solut yang mudah menguap dan stabil terhadap panas bermigrasi melalui kolom yang mengandung fase diam dengan suatu kecepatan yang tergantung pada rasio distribusinya. Pada umumnya solut akan terelusi berdasarkan pada peningkatan titik didihnya dan affinitasnya terhadap fase diam Solut : Komponen yang dipisahkan dari campurannya

Keuntungan dan Kerugian Keuntungan dari kromatografi gas, yaitu : Proses analisisnya cepat, biasanya dalam hitungan menit. Efisien, resolusinya tinggi. Sensitif, dapat mendeteksi ppm (part per million) bahkan ppb (part per billion). Analisis kuantitatif dengan akurasi yang tinggi. Memerlukan sampel dalam jumlah kecil, umumnya dalam μl. Handal dan relatif sederhana. Tidak mahal. Kerugian dari kromatografi gas, yaitu : Terbatas pada sampel- sampel yang mudah menguap. Tidak sesuai untuk sampel yang termolabil. Cukup sulit untuk preparasi sampel dalam jumlah besar.

Faktor yang Mempengaruhi Resolusi Kromatografi Gas

Resolusi merupakan ukuran apakah suatu senyawa terpisah secara baik atau tidak dengan senyawa lain. Resolusi pada kromatografi gas ditentukan oleh dua faktor, yaitu : Efisiensi Kolom (menentukan pelebaran puncak kromatogram) Efisiensi Pelarut (menentukan posisi puncak kromatogram)

Efisiensi kolom diukur dari jumlah theoretical plate atau harga HETP, dimana HETP adalah panjang kolom yang dibutuhkan untuk tercapainya keseimbangan dari komponen sampel antara fase gerak dan fase diam. Berdasarkan Rate theory dari Van Deemter, factor-faktor yang dapat mempengaruhi efisiensi kolom, antara lain :

Faktor yang mempengaruhi Diameter partikel Flow rate Carrier gas Tipe Fase Diam Konsentrasi Fase Diam Tekanan Temperatur Diameter kolom

Diameter partikel : gunakan partikel support yang kecil berukuran serba sama (homogen dan halus) Flow rate : penggunaan flow rate sedikit lebih tinggi akan menghemat waktu analisis Carrier gas : untuk mendapatkan efisiensi tinggi, gunakan carrier gas dengan BM tinggi, seperti argon atau nitrogen. Jika yang dipentingkan adalah waktu analisis, gunakan gas yang lebih ringan, seperti helium atau hidrogen (Ar > He > N2 > H2) Tipe Fase Diam : komponen-komponen sampel harus mempunyai kelarutan yang berbeda-beda pada fase diam tersebut.

Jumlah/konsentrasi Fase Diam : konsentrasi rendah akan mempercepat waktu analisis dan memungkinkan operasi dengan suhu rendah. Tekanan : efisiensi kolom semakin tinggi jika perbandingan tekanan masuk dan keluar dari kolom makin rendah. Temperatur : resolusi dapat diperbaiki dengan penurunan suhu kolom, tetapi penurunan suhu mengakibatkan waktu analisis lebih lama dan adsorpsi bertambah. Diameter kolom : efisiensi kolom dipertinggi dengan memperkecil diameter dalam kolom.

Instrumentasi pada Kromatografi Gas

Instrumen

Instrumen Perlengkapan dasar suatu alat kromatografi gas terdiri atas : tabung silinder gas pembawa (carrier gas) pengatur aliran (flow rate) dan pengukur tekanan (Pressure Regulator) tempat injeksi sampel (injection port) kolom detektor amplifier pencatat/perekam (recorder) oven dengan termostat untuk tempat injeksi (gerbang suntik), kolom, dan detektor.

Gas Pembawa (Carrier gas)

Gas Pembawa Gas pembawa berfungsi sebagai fase gerak pada KG, yakni tujuannya adalah untuk membawa solut ke kolom sehingga gas pembawa tidak berpengaruh pada selektifitas. Kecepatan linier dari carrier gas menentukan efisiensi kolom. Syarat Gas Pembawa : Inert Koefisien difusi sampel pada gas tersebut rendah Murni dan mudah diperoleh Murah Cocok untuk detektor yang digunakan Solut : Komponen yang dipisahkan dari campurannya

Gas Pembawa dan Pemakaian Detektor Hidrogen Hantar Panas (TCD) Helium Ionisasi Nyala (FID) Fotometri Nyala (FPD) Termoionik Nyala (FTD) Nitrogen Tangkap Elektron (ECD) Argon Argon + Metana 5%

Ruang Injeksi Sampel

Ruang Injeksi Sampel Fungsi dari ruang suntik sampel adalah untuk menghantarkan sampel ke dalam aliran gas pembawa. Ruang suntik ini harus dipanaskan tersendiri (terpisah dari kolom). Suhu dari injection port biasanya sama atau sedikit lebih tinggi, misalnya 50oC di atas suhu kolom, dimana sampel seketika menjadi uap dan segera masuk ke dalam kolom dibawa oleh carrier gas.

Ruang Injeksi Sampel

Kolom

Kolom Kolom merupakan tempat terjadinya proses pemisahan karena di dalamnya terdapat fase diam. Ada dua jenis kolom pada KG, yaitu kolom kemas (packing column) dan kolom kapiler (capillary column).

Perbedaan Kolom Kemas dan Kolom Kapiler Parameter Kolom Kemas Kolom Kapiler Tabung Baja tahan karat (stainless steel) Silika (SiO3) dengan kemurnian yang sangat tinggi (kandungan logam < 1 ppm) Panjang (m) 1-5 5-60 Diameter Dalam (mm) 2-4 0,10-0,53 Jumlah Lempeng/meter 1000 5000 Total Lempeng 300000 Tebal Lapisan Film 10 mikron 0,05-1 mikron Resolusi Rendah Tinggi Kec. Alir (mL/menit) 10-60 0,5-1,5 Kapasitas 10 µg/puncak < 100 ng/puncak

Kolom Kemas dan Kolom Kapiler

Penampang Kolom Kemas dan Kolom Kapiler

Kolom Bahan pembuat kolom Gelas boro silikat Tembaga Aluminium Stailess stell Bahan pengisi Support Fase diam

Support Syarat Support : Inert Kuat atau tahan gesek Mempunyai permukaan yang luas Halus dan homogeny : 80-100 mesh atau 100-120 mesh

Support Contoh : Chromosorb ® Chromosorb/Diatomae : Senyawa silikat dengan beberapa pengotoran oksida logam (Al2O3,TiO2, Fe2O3,CaO,MgO bersifat basa) Chromosorb P : Chromosorb berwarna pink Chromosorb W : Chromosorb berwarna putih Pengotor oksida logam dapat dihilangkan dengan pencucian dengan asam (Acid Wash)

Pembuatan Support Untuk pembuatan support yang inert maka sifat polar dari gugus hidroksil pada silikat dinetralkan dengan perekasi DMCS (Dimetil Klorosilan) Setelah Chromosorb W dicuci dengan asam dan direaksikan dengan DMCS maka akan menghasilkan Chromosorb WAW-DMCS

Fase Diam Berupa lemak yang akan mencair pada temperature tertentu Syarat Fase Diam : Komponen-komponen sampel harus mempunyai koefisien partisi yang berbeda-beda Sampel harus mempunyai kelarutan yang cukup Tidak boleh meleleh pada suhu analisis dan stabil pada pemanasan Fase diam yang digunakan 2-30% Semakin banyak fase diam yang digunakan semakin baik pemisahan (R) dan semakin lama waktu retensi Fase diam berupa senyawa polimer dengan polaritas yang berbeda-beda

Pemilihan Fase Diam Pemilihan fase diam berdasarkan polaritas sampel dan titik leleh/didih sampel Suhu maksimum analisis adalah 30℃ di bawah suhu maksimum fase diam (suhu maksimum fase diam dapat dilihat pada tabel di slide selanjutnya) Pemisahan komponen-komponen sampel dengan cara KGC terjadi dua tahap : Perbedaan titik didih antar komponen Pemisahan akan dilakukan oleh kolom (jika komponen- komponen sampel mendidih bersamaan) (Kolom polar akan menahan komponen polar pula)

Jenis Fase Diam Fase Diam (Cair) Suhu Maksimum (oC) Polaritas Pelarut SE-30 (methyl silicone) 350 Non polar CHCl3 / CHCl2 hangat Squalen (2,6,10,15,19,23-hexamethyltetracosane) 100 CHCl3 / CHCl2 OV-17 (methyl phenyl silicone) 300 Semi polar CHCl3 OV-210 (trifluoropropyl methyl silicone) 275 DEGS (diethylene glycol succinate) 190 Polar Acetone Carbowax 20M (polyethylene glycol) 200

Pembuatan Fase Diam KGC 20% Carbowax 20M dalam Chromosorb WAW DMCS 100- 120 mesh  20 gram Carbowax 20M dalam 80 gram Chromosorb WAW DMCS 100-120 mesh dilarutkan dalam CHCl3 secukupnya sambil diaduk dan dipanaskan

Detektor

Detektor Detektor merupakan perangkat yang diletakkan pada ujung kolom tempat keluar fase gerak yang membawa komponen hasil pemisahan. Detektor ini berfungsi mengubah sinyal gas pembawa dan komponen di dalamnya menjadi sinyal elektronik, dimana sinyal elektronik ini berguna untuk analisis kualitatif dan kuantitatif terhadap komponen-komponen yang terpisah di antara fase diam dan fase gerak.

Batas terkecil pendeteksian Macam-macam Detektor Jenis detektor Sifat Jenis sampel Batas linearitas Batas terkecil pendeteksian Daya hantar panas (TCD) Non-destruktif Senyawa umum 104 10-5 g/ml Ionisasi nyala (FID) Destruktif Senyawa organik 107 2 x 10-11 g/ml Fotometrik nyala (FPD) Senyawa sulfur dan fosfor organik 103 2 x 10-12 g/ml Termionik nyala (FTD) Senyawa nitrogen dan fosfor organik 2 x 10-10 g/ml Penangkap elektron (ECD) Senyawa dengan sifat elektronegatif, seperti halogen organik 5 x 102 10-13 g/ml Mass Spektrometer (MS) Sesuai untuk senyawa apapun 10-11 g/ml

Teknik Kromatografi gas

Isotermal Suatu cara analisis di mana selama proses analisis berlangsung temperatur (kolom, injektor, dan detektor) tetap

Program Temperatur Suatu cara analisis di mana selama proses analisis berlangsung temperatur (kolom, injektor, dan detektor) berubah-ubah

Kapan harus dilakukan Program temperature? Jika kromatogram yang diperoleh pemisahannya tidak baik dan jumlah komponen banyak Isotermal Program Temperatur

Sistem pengolah data

Sistem Pengolah Data Pada kromatografi gas pengolahan data dilakukan oleh suatu alat pengolah data (data processor) atau komputer. Informasi yang diperoleh dapat dimanfaatkan dalam analisis kualitatif, biasanya dengan membandingkan waktu retensi sampel dalam kondisi analisis yang sama. Sedangkan, untuk analisis kuantitatif biasanya dilakukan dengan perhitungan relatif tinggi atau luas puncak kromatogram sampel melalui metode baku luar (external standar) atau baku dalam (internal standar).

Metode Baku Dalam Standar (s) 1000 ppm 1600 2000 2400 3000 1mL Internal Standar (IS) Standar (ppm) 500 800 1200 1500 IS (ppm)

Metode Baku Dalam Koefisien korelasi  r = 0,9990 Standar Baku Dalam (IS) PAR (Y) Konsentrasi (C) (x) Luas Puncak Konsentrasi (C) 500 6268 1000 12100 0,518 800 6664 11200 0,595 7854 11900 0,660 1200 8424 12000 0,702 1500 9196lok 11700 0,786   Koefisien korelasi  r = 0,9990

Derivatisasi pada KG

Pendahuluan Derivatisasi merupakan proses kimiawi untuk mengubah suatu senyawa menjadi senyawa lain yang mempunyai sifat-sifat yang sesuai untuk dilakukan analisis menggunakan kromatografi gas. Alasan dilakukannya derivatisasi: Untuk meningkatkan batas deteksi dan bentuk kromatogram. Meningkatkan volatilitas senyawa-senyawa yang tidak mudah menguap (non-volatil). Meningkatkan stabilitas.

Jenis Derivatisasi Esterifikasi Reaksi esterifikasi digunakan untuk membuat derivat gugus karboksil menjadi esternya. Asilasi Asilasi adalah proses mengubah gugus alkohol menjadi ester, dengan mereaksikannya dengan senyawa asil halida atau anhidrida. Alkilasi Alkilasi digunakan untuk menderivatisasi alkohol, fenol, amina (primer dan sekunder), imida, dan sulfhidril.

Jenis Derivatisasi Kondensasi Kondensasi dilakukan jika sampel yang dianalisis mengandung gugus aldehid atau keton. Silkisasi Penutupan gugus polar melalui siklisasi dilakukan pada senyawa yang mengandung 2 gugus fungsi yang kira-kira sangat mudah dibuat heterosiklis beratom 5 atau 6. Sililasi Sililasi adalah proses substitusi gugus silil ke dalam molekul.

TERIMA KASIH