GAS CHROMATOGRAPHY
0
komentar
GC (Gas
Chromatography) yang biasa disebut juga Kromatografi gas (KG) merupakan
teknik instrumental yang dikenalkan pertama kali pada tahun 1950-an. GC
merupakan metode yang dinamis untuk pemisahan dan deteksi senyawa-senyawa
organik yang mudah menguap dan senyawa-senyawa gas anorganik dalam suatu
campuran Perkembangan teknologi yang signifikan dalam bidang elektronik,
komputer, dan kolom telah menghasilkan batas deteksi yang lebih rendah serta
identifikasi senyawa menjadi lebih akurat melalui teknik analisis dengan
resolusi yang meningkat.
GC menggunakan
gas sebagai gas pembawa/fase geraknya.
Ada 2 jenis
kromatografi gas, yaitu :
- Kromatografi
gas–cair (KGC) yang fase diamnya berupa cairan yang diikatkan pada suatu
pendukung sehingga solut akan terlarut dalam fase diam.
- Kromatografi
gas-padat (KGP), yang fase diamnya berupa padatan dan kadang-kadang berupa
polimerik.
SISTEM
PERALATAN KROMATOGRAFI GAS (GC)
1. Fase gerak
Fase gerak
pada GC juga disebut dengan gas pembawa karena tujuan awalnya adalah untuk
membawa solut ke kolom, karenanya gas pembawa tidak berpengaruh pada
selektifitas.
Gas pengangkut/ pemasok gas (carrier gas) ditempatkan
dalam silinder bertekanan tinggi. Biasanya tekanan dari silinder sebesar 150
atm. Tetapi tekanan ini sangat besar untuk digunakan secara Iansung. Gas
pengangkut harus memenuhi persyaratan :
a. Harus inert, tidak reaktif, tidak
bereaksi dengan cuplikan, cuplikan-pelarut, dan material dalam kolom.
b. Murni dan mudah diperoleh, serta
murah.
c. Sesuai/cocok untuk detektor.
d. Harus mengurangi difusi gas.
e. dapat disimpan dalam tangki tekanan
tinggi (biasanya merah untuk hidrogen, dan abu-abu untuk nitrogen).
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.
Pemilihan gas pengangkut atau pembawa ditentukan
oleh detektor yang
digunakan, tipe kolom
(packing atau kapiler) serta biaya. 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. Pada dasarnya kecepatan alir gas
diatur melalui pengatur tekanan dua tingkat yaitu pengatur kasar (coarse) pada
tabung gas dan pengatur halus (fine) pada kromatografi. Tekanan gas masuk ke
kromatograf (yaitu tekanan dari tabung gas) diatur pada 10-50 psi (di atas tekanan
ruangan) untuk memungkinkan aliran gas 25-150 mL/menit pada kolom terpaket dan
1-25 mL/menit untuk kolom kapiler. Helium merupakan contoh gas pembawa
yang sering digunakan, karena memberikan efisiensi kromatografi yang lebih baik
(mengurangi pelebaran pita).
Table 1. Gas
pembawa dan jenis detector
|
Gas
pembawa
|
Detector
|
|
Hydrogen
|
Hantar
panas
|
|
Helium
|
Hantar
panas
Ionisasi
nyala
Fotometri
nyala
|
|
Nitrogen
|
Ionisasi
nyala
Tangkap
electron
Fotometri
nyala
|
|
Argon
|
Ionisasi
nyala
|
|
Argon +
Metana 5%
|
Tangkap electron
|
|
Karbon
dioksida
|
Hantar
panas
|
2. Ruang suntik sampel
Lubang
injeksi didesain untuk memasukkan sampel secara cepat dan efisien. Desain yang
populer terdiri atas saluran gelas yang kecil atau tabung logam yang dilengkapi
dengan septum karet pada satu ujung untuk mengakomodasi injeksi dengan semprit
(syringe). Karena helium (gas pembawa) mengalir melalui tabung, sejumlah volume
cairan yang diinjeksikan (biasanya antara 0,1-3,0 μL) akan segera diuapkan
untuk selanjutnya di bawa menuju kolom. Berbagai macam ukuran semprit saat ini
tersedia di pasaran sehingga injeksi dapat berlangsung secara mudah dan
akurat. Septum karet, setelah dilakukan pemasukan sampel secara berulang, dapat
diganti dengan mudah. Sistem pemasukan sampel (katup untuk mengambil sampel
gas) dan untuk sampel padat juga tersedia di pasaran(1).
Pada
dasarnya, ada 4 jenis injektor pada kromatografi gas, yaitu:
a. Injeksi
langsung (direct injection), yang mana sampel yang diinjeksikan akan diuapkan
dalam injector yang panas dan 100 % sampel masuk menuju kolom.
b. Injeksi
terpecah (split injection), yang mana sampel yang diinjeksikan diuapkan dalam
injector yang panas dan selanjutnya dilakukan pemecahan.
c. Injeksi
tanpa pemecahan (splitness injection), yang mana hampir semua sampel diuapkan
dalam injector yang panas dan dibawa ke dalam kolom karena katup pemecah
ditutup; dan
d. Injeksi
langsung ke kolom (on column injection), yang mana ujung semprit dimasukkan
langsung ke dalam kolom.
Teknik
injeksi langsung ke dalam kolom digunakan untuk senyawa-senyawa yang mudah
menguap; karena kalau penyuntikannya melalui lubang suntik secara langsung
dikhawatirkan akan terjadi peruraian senyawa tersebut karena suhu yang tinggi
atau pirolisis.
3. Kolom
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).
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 memberikan efisiensi 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. Detektor
Komponen
utama selanjutnya dalam kromatografi gas adalah detektor. Detektor digunakan
untuk memonitor gas pembawa yang keluar dari kolom dan merespon perubahan
komposisi solut yang terelusi.Detektor merupakan perangkat yang diletakkan pada
ujung kolom tempat keluar fase gerak (gas pembawa) yang membawa komponen hasil
pemisahan. Detektor pada kromatografi adalah suatu sensor elektronik yang
berfungsi mengubah sinyal gas pembawa dan komponen-komponen di dalamnya menjadi
sinyal elektronik. Sinyal elektronik detektor akan sangat berguna untuk
analisis kualitatif maupun kuantitatif terhadap komponen-komponen yang terpisah
di antara fase diam dan fase gerak.
Pada garis
besarnya detektor pada KG termasuk detektor diferensial, dalam arti respons
yang keluar dari detektor memberikan relasi yang linier dengan kadar atau laju
aliran massa komponen yang teresolusi. Kromatogram yang merupakan hasil
pemisahan fisik komponen-komponen oleh GC disajikan oleh detektor sebagai
deretan luas puncak terhadap waktu. Waktu tambat tertentu dalam kromatogram
dapat digunakan sebagai data kualitatif, sedangkan luas puncak dalam
kromatogram dapat dipakai sebagai data kuantitatif yang keduanya telah
dikonfirmasikan dengan senyawa baku. Akan tetapi apabila kromatografi gas
digabung dengan instrumen yang multipleks misalnya GC/FT-IR/MS, kromatogram
akan disajikan dalam bentuk lain.
Syarat-syarat yang harus dimiliki oleh sebuah
detektor, antara lain:
Dapat merespon dengan
cepat kehadiran solut
Memiliki rentangan
respon linier yang luas
Memiliki kepekaan
tinggi
Stabil pada
pengoperasian
Beberapa parameter yang sering dijumpai pada detektor,
yaitu:
a. Ratio signal
Ratio signal terhadap detector (S/N) menyatakan
hubungan antara respon detektor dengan getaran rekorder setelah pembesaran
maksimum. Besaran S/N digunakan untuk menentukan Batas Deteksi Minimum.
b. Batas Deteksi Minimum
(BDM)
Harga BDM telah tercapai kesepakatan adalah sebesar 2
S/N. factor respon dinyatakan dengan rumus A/M, dimana A adalah area puncak dan
M adalah cuplikan untuk detector yang peka terhadap massa. Untuk detector yang
peka terhadap konsentraasi digunakan rumus AF/M, dimana F adalah laju alir
pembawa gas.
c. Kisaran Dinamik Linear
(KD)
Kisaran Dinamik (KD) menyatakan rasio besarnya solut
terhadap besaran solut minimum yang dapat terdeteksi secara linier. Makin
besar harga KD makin besar jangkauan konsentrasi yang dapat dianalisis.
Pengertian yang lebih operasional untuk KD adalah besaran konsentrasi cuplikan
dimana respon berdasarkan pengukuran area kurang lebih 20%.
d. Kespesifikan/
keuniversalan detektor
Jenis-Jenis Detektor
Berdasarkan Kespesifikannya
1. Detektor Spesifik
Detektor
spesifik yaitu detector yang hanya dapat mendeteksi beberapa jenis
senyawa saja. Contoh: DTE dan DFN
2. Detektor Universal
Detektor Universal
yaitu detector yang dapat mendeteksi semua jenis senyawa. Contoh: DHP dan DIN.
Berdasarkan pengaruhnya terhadap
cuplikan
1. Detektor Destruktif
Detektor
Destruktif adalah jenis detector yang dapat merusak cuplikan,
contoh: DIN.
2. Detektor non
destruktif
Detektor non
destruktif adalah jenis detector yang tidak merusak cuplikan, contoh: DHP.
Berdasarkan cara kerjanya
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. Detektor ini mengukur jumlah atom
karbon dan bersifat umum untuk semua senyawa organik (Senyawa Flour tinggi dan
karbondisulfida tidak terdeteksi). Respon sangat peka, dan linier ditinjau dari
segi ukuran cuplikan serta teliti.
Hal yang
perlu diperhatikan dalam detektor ini adalah kecepatan aliran O2 dan
H2 (H2 ± 30mL per menit dan O2 sepuluh
kalinya), serta suhu (harus diatas 100˚C untuk mencegah kondensasi uap air yang
mengakibatkan FID berkarat atau kehilangan sensitivitasnya)
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. Detektor ini didasarkan bahwa panas dihantarkan dari
benda yang suhunya tinggi ke benda lain yang suhunya lebih rendah. Pada
detektor ini filament harus dilindungi dari udara ketika filamen itu panas dan
tidak boleh dipanaskan tanpa dialiri gas pembawa. Secara teoritis keuntungannya
tidak merusak komponen yang dideteksi. Detektor hantar panas termasuk
detektor konsentrasi yakni semua molekul yang melewatinya diukur jumlahnya dan
tidak tergantung pada laju aliran fasa gerak.
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. Detektor ini dilengkapi dengan
radioaktif yaitu 3H atau 63Ni. Dasar kerja detektor ini
adalah penangkapan elektron oleh senyawa yang mempunyai afinitas terhadap
elektron bebas, yaitu senyawa yang mempunyai unsur-unsur negatif.
d.
Flame Photometric Detector (FPD) adalah detektor khusus untuk mendeteksi
senyawaan sulfur, posfor dan atau timah organik. Prinsip detektor ini yaitu senyawa
yang mengandung sulfur atau fosfor dibakar dalam nyala hydrogen/oksigen maka
akan terbentuk spesies yang tereksitasi dan menghasilkan suatu emisi yang
spesifik yang dapat diukur pada panjang gelombang tertentu. Untuk yang
mengandung S diukur pada λ 393 nm, sementara yang mengandung fosfor diukur pada
λ 526 nm.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. Detektor ini sangat selektif terhadap nitrogen dan
fosfor karena adanya elemen aktif diatas aliran kapiler yang terbakar oleh
plasma (1600˚C). Elemen dapat berupa logam kalium, rubidium atau sesium yang
dilapiskan pada silinder kecil alumunium, dan berfungsi sebagai sumber
ion di dalam plasma yang menekan ionisasi hidrokarbon di dalam plasma tetapi
menaikkan ionisasi sampel yang mengandung N atau P
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.
Table.
Karakteristik beberapa detector kromatografi
|
Detektor
|
BDM (g det-1)
|
KD
|
Batas Suhu
(˚C)
|
Tanda-tanda
Khas
|
|
TCD
|
10-9
|
104
|
450
|
Tidak
merusak, peka terhadap suhu dan aliran
|
|
FID
|
10-12
|
107
|
400
|
Merusak,
sangat stabil
|
|
ECD
|
10-13
|
102-105
|
350
|
Tidak
merusak, mudah terkontaminasi, peka terhadap suhu
|
|
FTD
|
10-14
(P)
10-12
(N)
|
105
105
|
400
400
|
Mirip DIN
Mirip DIN
|
Beberapa sifat detektor yang digunakan dalam kromatografi gas adalah sebagai berikut :
|
Jenis Detektor
|
Jenis Sampel
|
Batas Deteksi
|
Kecepatan Alir (ml/menit)
|
||
|
Gas
Pembawa
|
H2
|
Udara
|
|||
|
Hantaran panas
|
Senyawa
umum
|
5-100 ng
|
15-30
|
-
|
-
|
|
Ionisasi nyawa
|
Hidrokarbon
|
10-100 pg
|
20-60
|
30-60
|
200-500
|
|
Penangkap elektron
|
Halogen
organic, pestisida
|
0,05-1 pg
|
30-60
|
-
|
-
|
|
Nitrogen-fosfor
|
Senyawa
nitrogen organik dan fospat organic
|
0,1-10 g
|
20-40
|
1-5
|
700-100
|
|
Fotometri nyala (393 nm)
|
Senyawa-senyawa
sulfur
|
10-100 pg
|
20-40
|
50-70
|
60-80
|
|
Fotometri nyala (526 nm)
|
Senyawa-senyawa
fosfor
|
1-10 pg
|
20-40
|
120-170
|
100-150
|
|
Foto ionisasi
|
Senyawa
yang terionisasi dg UV
|
2 pg
C/detik
|
30-40
|
-
|
-
|
|
Konduktivitas elektrolitik
|
Halogen,
N, S
|
0,5 pg C
12 pg S
4 pg N
|
20-40
|
80
|
-
|
|
Fourier Transform-inframerah (FTIR)
|
Senyawa-senyawa
organik
|
1000 pg
|
3-10
|
-
|
-
|
|
Selektif massa
|
Sesuai
untuk senyawa apapun
|
10 pg-10
ng
|
0,5-30
|
-
|
-
|
|
Emisi atom
|
Sesuai
untuk elemen apapun
|
0,1-20 pg
|
60-70
|
-
|
|
5. Komputer
Komponen GC
selanjutnya adalah komputer. GC modern menggunakan komputer yang
dilengkapi dengan perangkat lunaknya (software) untuk digitalisasi signal
detektor dan mempunyai beberapa fungsi antara lain:
- Memfasilitasi
setting parameter-parameter instrumen seperti: aliran fase gas; suhu oven
dan pemrograman suhu; serta penyuntikan sampel secara otomatis.
- Menampilkan
kromatogram dan informasi-informasi lain dengan menggunakan grafik
berwarna.
- Merekam
data kalibrasi, retensi, serta perhitungan-perhitungan dengan statistik.
- Menyimpan
data parameter analisis untuk analisis senyawa tertentu(4)
