GC dan IR

KROMATOGRAFI GAS (GC)

A.    Pendahuluan

Kromatografi adalah suatu teknik pemisahan molekul berdasarkan perbedaan pola pergerakan antara fase gerak dan fase diam untuk memisahkan komponen (berupa molekul) yang berada pada larutan. Fasa diam dapat berupa padatan atau cairan yang terikat pada permukaan padatan (kertas atau suatu adsorben), sedangkan fasa gerak dapat berupa cairan disebut eluen atau pelarut, atau gas pembawa yang inert. Gerakan fasa gerak ini mengakibatkan terjadinya migrasi diferensial komponen-komponen dalam sampel. Molekul yang terlarut dalam fase gerak, akan melewati kolom yang merupakan fase diam. Molekul yang memiliki ikatan yang kuat dengan kolom akan cenderung bergerak lebih lambat dibanding molekul yang berikatan lemah. Dengan ini, berbagai macam tipe molekul dapat dipisahkan berdasarkan pergerakan pada kolom.

Setelah komponen terelusi dari kolom, komponen tersebut dapat dianalisa dengan menggunakan detektor atau dapat dikumpulkan untuk analisa lebih lanjut. Beberapa alat-alat analitik dapat digabungkan dengan metode pemisahan untuk analisis secara on-line (on-line analysis) seperti: penggabungan kromatografi gas (gas chromatography) dan kromatografi cair (liquid chromatography) dengan mass spectrometry (GC-MS dan LC-MS), Fourier-transform infrared spectroscopy (GC-FTIR), dan diode-array UV-VIS (HPLC-UV-VIS).

Dalam proses kromatografi selalu terdapat salah satu kecenderungan sebagai berikut; (a) kecenderungan molekul-molekul komponen untuk melarut dalam cairan; (b) kecenderungan molekul-molekul komponen untuk melekat pada permukaan padatan halus (adsorbsi); (c) kecenderungan molekul-molekul komponen untuk bereaksi secara kimia (penukar ion). Komponen yang dipisahkan harus larut dalam fasa gerak dan harus mempunyai kemampuan untuk berinteraksi dengan fasa dian dengan cara melarut di dalamnya, teradsorbsi, atau bereaksi secara kimia (penukar ion). Pemisahan terjadi berdasarkan perbedaan migrasi zat-zat yang menyusun suatu sampel. Hasil pemisahan dapat digunakan untuk keperluan identifikasi (analisis kualitatif), penetapan kadar (analisis kuantitatif), dan pemurnian suatu senyawa (pekerjaan preparatif).

Metode kromatografi adalah prosedur pemisahan zat terlarut oleh suatu proses migrasi, diperensial dinamis dalam sistem yang terdiri dari dua fase atau lebih salah satunya bergerak secara berkesinambungan dalam arah tertentu dan didalamnya zat-zat itu menunjukkan perbedaan mobilitas disebabkan adanya perbedaan dalam absorbsi, partisi, kelarutan, tekanan uap, ukuran molekul atau kerapatan muatan ion dan bermanfaat dalam penguraian suatu campuran.

Pada kromatografi gas disebut kromatografi gas karena fasa mobilnya berupa gas. Jenis kromatografi ini meliputi kromatografi gas-cair (KGC) dan kromatografi gas padat (KGP). Untuk KGC fasa diamnya berupa suatu cairan bertitik didih tinggi dan proses serapannya lebih banyak berupa partisi. Sedangkan untuk KGP fasa diamnya berupa padatan dan adsorbsi memainkan peranan utama. Sampel harus mudah menguap dan memiliki kestabilan termal pada suhu pengoperasian. Sampel dimasukkan ke dalam aliran gas melalui lubang injeksi yang terletak pada bagian atas kolom. Suatu aliran gas yang sinambung mengelusi komponen-komponen dari kolom dan kemudian mencapai detektor yang dihubungkan dengan suatu sistem pencatat.

Kromatografi gas (GC) digunakan untuk memisahkan komponen mudah menguap dari campuran. Kromatografi gas sendiri terdiri dari 2 yaitu kromatografi gas cairan dengan mekanisme pemisahan partisi, teknik kolom dan nama alat GLC dan kromatografi gas padat dengan mekanisme pemisahan absorbsi, teknik kolom dan nama alat GSC.

B.     Bagian-Bagian Kromatografi Gas (GC)

Komponen-komponen peralatan kromatografi gas adalah sebagai berikut:

1.        Fase Mobil (Gas Pembawa) dan Pengendali Aliran

Fasa mobil atau gas pembawa dipasok dari tangki melalui pengatur pengaurangan tekanan. Pada tekanan gas pembawa 10 sampai dengan 40 psi akan memberikan laju alir 2 sampai dengan 50 cm³/menit. Pemilihan  gas pengangkut atau pembawa ditentukan oleh ditektor yang digunakan. Tabung gas pembawa dilengkapi dengan pengatur tekanan keluaran dan pengukur tekanan. Sebelum masuk ke kromatografi, ada pengukur kecepatan aliran gas serta sistem penapis molekuler untuk memisahkan air dan pengotor  gas lainnya. Gas pembawa harus bersifat inert dan harus sangat murni. Meskipun dari produsen gas pembawa ini dijaminkemurniannya dengan sertifikat sering kali gas pembawa masih harus disaring untuk menahan debu, uap air dan oksigen. Pemilihan gas pembawa harus disesuaikan dengan detektor yang digunakan. Gas pembawa yang sering kai digunakan adalah N₂, He, H₂, dan Ar. Pemilihan gas pembawa didasarkan tipe kolom, biaya, dan jenis detektor yang digunakan.

2.         Sistem Injeksi Sampel

Gas dan uap dapat dimasukkan secara langsung. Untuk mendapatkan efisiensi dan resolusi sebaik mungkin, sampel dimasukkan ke dalam aliran gas dalam jumlah yang sedikit mungkin dan dalam waktu yang secepat mungkin. Jika perlu sampel cairan harus diencerkan dan sampel padat harus diubah ke dalam bentuk larutannya. Senyawa yang berbentuk cairan dan padatan pertama-tama harus diuapkan.  Dengan bantuan penyuntik mikro sampel diinjeksikan melalui septum karet silikon ke dalam oven, banyaknya sampel yang dimasukkan kira-kira 0,1 sampai dengan 10µL.

3.        Kolom

Kolom merupakan jantung kromatografi gas dimana terjadi pemisahan komponen-komponen cuplikan. Kolom ini terdiri dari kumparan pipa kawat yang terbuat dari baja tahan karat, tembaga, nikel, kaca, atau kwarsa. Isi kolom terdiri dari padatan pendukung dan fasa cairan. Sebagai padatan pendukung biasanya digunakan bahan tanah diatome yang mempunyai pori 1 mm dengan luas permukaan 20m2/g. Sebelum digunakan tanah diatome ini harus diproses dulu dengan cara dicetak seperti bata, dipanaskan dalam tanur, digerus sampai halus dan akhirnya disaring denga ukuran mesh tertentu.

Fasa cairan dalam kromatohrafi gas berfungsi untuk memisahkan komponen-komponen cuplikan. Tekanan uap fasa cairan ini harus rendah ( lebih kecil dari 0,1 mmHg) agar ppada waktu pengoperasian tidak lepas karena menguap pada suhu tertentu.

Dalam kromatografi gas dikenal 2 jenis kolom, yaitu kolom packing dan kolom kapiler. Kolom packing mempunyai ukuran lebih besar daripada kolom kapiler. Diameter dalam kolom packing mempunyai ukuran 2-4mm, sedangkan kolom kapilee mempunyai ukuran 0,1 – 0,6mm.

4.        Detektor

                Penggunaan detektor adalah untuk memonitor gas pembawa yang keluar dari kolom dan merespon perubahan komposisi solut yang terelusi. Idealnya detektor harus mempunyai sifat-sifat seperti:

a.       Dapat nerespon dengan cepat kehadiran solut

b.      Memiliki rentangan linier yang luas

c.       Kepekaannya tinggi

d.      Stabil pada pengoperasian.

Ada beberapa parameter yang sering dijumpai pada detektor; yaitu (1) signal terhadap noice; (2) batas deteksi minimum; (3)kisaran dinamik linier; (4) kespesifikan  detektor. Ratio signal terhadap detektor (S/N) menyarakan hubungan antara respon detektor dengan getaran recorder setelah pembesaran maksimum. Besarnya S/N digunakan sebagai dasar untuk menentukan batas deteksi minimum (BDM).

Jenis-jenis detektor dapat diklassifikasikan menurut kespesifikannya, pengaruhnya terhadap cuplikan, dan cara kerjanya. Menurut kespesifikannya, detektor hanya dapat mendeteksi beberapa jenis senyawa saja disebut detektor spesifik.  Contoh detektor jenis ini adalah detektor tangkapan elektron (ECD) dan detektor fotometri nyala (FPD). Sebaliknya detektor yang dapat digunakan utnuk mengidentifikasi hampir semua senyawa disebut detektor universal. Contoh detektor jenis ini adalah detektor hantaran panas (TCD) dan detektor ionisasi nyala (FID).

Berdasarkan pengaruhnya terhadap culikan detektor diklassifikasikan  menjadi detektor yang merusak cuplikan dan detektor yang tidak merusak cuplikan. Contoh detektor yang dapt merusak cuplikan ialah FID, sedangkan detektor yang tidak merusak cuplikan misalnya TCD. Dalam pekerjaan pekerjaan preparatif pemilihan detektor berdasarkan kedual hal tersebut menjadi penting karena pemeriksaan solut yang tidak terpisah dilakukan dengan instrumen lain.

Berdasarkan cara kerjanya detektor dapat diklassifikasikan menjadi: detektor hantaran panas (TCD), detektor ionisasi nyala (FID), detektor tangkapan elektron, detektor fotometri nyala, dan detektor nitrogen fosfor. Detektor-dtektor ini bekerja atas dasar respon masing-masing terhadap konsentrasi atau laju alir komponen terelusi secara proporsional. Respon ini tergantung atas sifat-sifat fisika aliran gas yang dipilih dan dirancang untuk mendeteksi solut dalam aliran gas misalnya hantaran panas, kerapatan, ionisasi nyala, hantaran elektrolititk, ionisasi sinar, dsb.

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 yang umum digunakan:

• Detektor hantaran panas (Thermal Conductivity Detector_ TCD)
• Detektor ionisasi nyala (Flame Ionization Detector_ FID)
• Detektor penangkap elektron (Elektron Capture Detector _ECD)
• Detektor fotometrik nyala (Falame Photomertic Detector _FPD)
• Detektor nyala alkali
• Detektor spektroskopi massa

Detektor yang peka terhadap senyawa organik yang mengandung fosfor adalah FID, ECD, dan FPD. Detektor penangkap elektron (Elektron Capture Detector – ECD). Pada penetapan ini, digunakan detektor penangkap elektron. Detektor ini merupakan modifikasi dari FID yaitu pada bagian tabung ionisasi.

5.        Oven kolom

Kolom terletak didalam sebuah oven dalam instrumen. Suhu oven harus diatur dan sedikit dibawah titik didih sampel. Jika suhu diset terlalu tinggi, cairan fase diam bisa teruapkan, juga sedikit sampel akan larut pada suhu tinggi dan bisa mengalir terlalu cepat dalam kolom sehingga menjadi terpisah.

6.             Rekorder

Rekorder merupakan bagian dari alat kromatografi gas padat yang mampu mencetak hasil percobaan pada sebuah kertas. Hasilnnya berupa kumpulan puncak grafik yang disebut kromtigram. Data-data yan dihasilkan dari kromatogram selanjutnya dianalisis untuk keperluan analisis kualitatif dan kuantitatif. Rekorder berfungsi sebagai pengubah sinyal dari detektor yang diperkuat melalui elektrometer menjadi bentuk kromatogram. Dari kromatogram yang diperoleh dapat dilakukan analisis kualitatif dan kuantitatif. Sistem data merupakan pengembangan lebih lanjut dari rekorder dan elektrometer dengan melanjutkan sinyal dari rekorder dan elektrometer ke sebuah CPU (Central Procesing Unit).

Kromatografi gas memiliki beberapa kelebihan dibanding dengan metode kromatografi lainnya. Kelebihan itu antara lain:

a.       Analisis dapat dilakukan dengan cepat

b.      Sensitivitasnya tinggi

c.       Mampu meneteksi konstituen renik

d.      Batas deteksi sampai 10^-9 g/L

e.       Dapat dilengkapi sistem komputer untuk mengontrol bagian-bagiankromatogram dan menyimpan data hasil percobaan dalam memorinya.

Sedangkan kelemahan dari kromatografi gas adalah pemakainnya hanya terbatas untuk zat-zat yang mudah menguap saja.

C.    Langkah-Langkah Penggunaan GC

Untuk menggunakan GC, dapat mengikuti langkah-langkah sederhana berikut ini:

1.      Mencuci jarum suntik dengan aseton dengan mengisi jarum suntik mendepak sepenuhnya dan aseton limbah ke kertas handuk. Cuci 2-3 kali.

2.      Tarik beberapa sampel Anda ke dalam jarum suntik. Anda mungkin perlu untuk menghilangkan gelembung udara di dalam tabung suntik oleh plunyer bergerak cepat ke atas dan ke bawah sementara jarum dalam sampel. Biasanya 1-2 mL sampel disuntikkan ke dalam GC. Boleh saja memiliki gelembung udara kecil dalam jarum suntik. Namun, Anda tidak ingin menyuntikkan sebagian besar udara atau puncak Anda akan terlalu kecil pada tabel perekam.

3.      Pastikan tabel perekam dan diatur ke kecepatan grafik yang sesuai (Arrow A). Mengatur baseline menggunakan nol pada tabel perekam (Arrow B). Dengan pena di tempat, menyalakan bagan (Arrow D), pastikan pena ke bawah (yang menandai kertas) dan kertas bergerak.

4.      Menyuntikkan sampel Anda baik ke kolom A atau kolom B sesuai instruksi. Pegang tingkat jarum suntik dan mendorong jarum sepenuhnya ke injector. Setelah Anda tidak dapat lagi melihat jarum, dengan cepat mendorong pendorong dan kemudian tarik jarum suntik injeksi keluar dari pelabuhan.

Catatan Injeksi

a.       injector sangat panas, jadi berhati-hatilah untuk tidak menyentuh perak disk.

b.       Jarum akan melewati septum karet, sehingga Anda akan merasa beberapa perlawanan. Untuk beberapa GC kita itu, kolom tidak menyelaraskan benar dalam injector, sehingga jarum hits bagian depan kolom logam. Jika Anda merasa bahwa Anda mendorong terhadap logam, menarik jarum keluar dari injector dan coba lagi, mungkin di sudut yang sedikit berbeda. Jarum harus benar-benar menghilang ke dalam injeksi untuk injeksi yang tepat sampel ke kolom GC.

c.       Suntikkan dengan cepat untuk hasil terbaik. Jangan ragu untuk menyuntikkan jarum setelah benar diposisikan di pelabuhan injeksi.

d.      Lepaskan jarum suntik segera setelah injeksi. (Pelaksanaan catatan C dan D membantu untuk memastikan bahwa semua sampel memasuki GC kolom di sekitar waktu yang sama.)

5.      Menandai waktu injeksi Anda pada tabel perekam. Ini dapat dilakukan dengan menyesuaikan nol tepat setelah sampel disuntikkan. Hal ini sering nyaman bagi satu orang untuk menyuntikkan sampel sementara pasangan laboratorium menandai waktu injeksi di bagan perekam.

6.      Bersihkan jarum suntik Anda segera setelah injeksi. Jarum suntik sering tersumbat dengan cepat dan harus diganti jika mereka tidak dibersihkan setelah setiap penggunaan.

7.      Catatan pengaturan perekam grafik Anda selama berjalan. Anda perlu mengetahui kecepatan grafik dan pengaturan skala penuh.

8.      Catatan pengaturan GC selama Anda berlari. Sebuah tombol di bagian tengah bawah GC dapat diubah untuk membaca kolom (atau oven) suhu, suhu detektor dan suhu injektor pelabuhan dalam ° C. Jembatan saat ini ditampilkan dalam mA. Perhatikan bahwa ada dua skala pada layar. Berhati-hati untuk membaca skala yang tepat!

Analisa Gas kromatograf

Melaporkan waktu retensi masing-masing puncak (dalam menit), identitas masing-masing komponen dalam campuran, dan komposisi persen campuran. Untuk menentukan komposisi persen, pertama anda perlu mencari luas di bawah kurva masing-masing.

Area = (tinggi) x (lebar di ½ tinggi)

Menandai waktu retensi, tinggi, setengah-tinggi, dan lebar di ketinggian ½ GC jejak Anda. Tunjukkan perhitungan Anda baik dalam laporan akhir Anda atau langsung pada kromatograf.