View
23
Download
2
Category
Preview:
Citation preview
Nama : Goffar Utomo
Prinsip Kerja Kromatografi Gas
Sampel berupa cairan yang dapat diuapkan atau gas diinjeksikan ke dalam
instrumen kromatografi gas. Sampel akan dibawa/didorong oleh gas pembawa
(carrier gas) menuju kolom, yaitu bagian yang berfungsi untuk memisahkan
komponen senyawa dalam sampel. Pemisahan ini didasarkan pada interaksi
komponen dengan fasa diam (stationary phase) yang terdapat pada kolom dan titik
didih dari masing-masing komponen. Komponen yang memiliki titik didih rendah dan
kurang berinteraksi dengan fasa diam akan keluar dari kolom terlebih dahulu,
selanjutnya menuju detektor untuk tahap identifikasi dan kuantifikasi komponen
tersebut yang akan ditampilkan dalam bentuk kromatogram. Dalam pengukuran
sampel yang tidak diketahui konsentrasinya, digunakan standar yang diketahui
konsentrasinya yang diinjeksikan terlebih dahulu pada instrumen. Waktu retensi dari
standar dan luas pik dibandingkan dengan hasil uji terhadap sampel untuk menghitung
konsentrasinya.
Komponen instrumen Kromatograf Gas adalah sebagai berikut:
1. Fase gerak/Gas Carrier
Fase gerak pada GC juga disebut dengan gas pembawa karena tujuan awalnya
adalah untuk membawa sampel ke kolom, karenanya gas pembawa tidak berpengaruh
pada selektifitas. Syarat gas pembawa adalah: tidak reaktif; murni/kering karena kalau
tidak murni akan berpengaruh pada detektor; dan dapat disimpan dalam tangki
tekanan tinggi (biasanya merah untuk hidrogen, dan abu-abu untuk nitrogen). Gas
pengangkut harus memenuhi persyaratan :
Harus inert, tidak bereaksi dengan cuplikan, cuplikan-pelarut, dan
material dalam kolom.
Murni dan mudah diperoleh, serta murah.
Sesuai/cocok untuk detektor.
Harus mengurangi difusi gas.
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. Gas H2 mudah terbakar, sehingga harus berhati-hati dalam
pemakaiannya, kadang-kadang juga digunakan juga CO2.
Page | 1
Pemilihan gas pengangkut atau pembawa ditentukan oleh detektor yang
digunakan. Tabung gas pembawa dilengkapi dengan pengatur tekanan keluaran
dan pengukur tekanan. Sebelum masuk ke kromatografi, (harusnya) 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 kromatograf. Tekanan gas masuk ke
kromatograf (yaitu tekanan dari tabung gas) diatur pada 10 s.d 50 psi (di atas
tekanan ruangan) untuk memungkinkan aliran gas 25 s.d 150 mL/menit pada
kolom terpaket/packed column dan 1 s.d 25 mL/menit untuk kolom kapiler.
2. Pengatur aliran dan pengatur tekanan
Ini disebut pengatur atau pengurang Drager. Drager bekerja baik pada
2,5 atm, dan mengalirkan massa aliran dengan tetap. Tekanan lebih pada tempat
masuk dari kolom diperlukan untuk mengalirkan cuplikan masuk ke dalam
kolom. Ini disebabkan, kenyataan lubang akhir dari kolom biasanya mempunyai
tekanan atmosfir biasa. Juga oleh kenyataan bahwa suhu kolom adalah tetap,
yang diatur oleh thermostat, maka aliran gas tetap yang masuk kolom akan tetap
juga.
Demikian juga komponen-komponen akan dielusikan pada waktu yang
tetap yang disebut waktu penahanan (the retention time), tR. Karena kecepatan
gas tetap, maka komponen juga mempunyai volume karakteristik terhadap gas
pengangkut = volume penahanan (the retention volume), v r. Kecepatan gas akan
mempengaruhi effisiensi kolom.
Nilai-nilai yang umum untuk kecepatan gas untuk kolom yang memiliki
diameter luar.
1/4" O.D : kecepatan gas 75 ml/min
1/8" O.D : kecepatan gas 25 ml/min.
3. Ruang suntik sampel (Injection Port Sample)
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
Page | 2
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 sempit 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.
Pada dasarnya, ada 4 jenis injektor pada kromatografi gas, yaitu:
a. Injeksi langsung (direct injection), yang mana sampel yang diinjeksikan akan
diuapkan dalam injektor yang panas dan 100 % sampel masuk menuju kolom.
b. Injeksi terpecah (split injection), yang mana sampel yang diinjeksikan
diuapkan dalam injektor yang panas dan selanjutnya dilakukan pemecahan.
c. Injeksi tanpa pemecahan (splitness injection), yang mana hampir semua sampel
diuapkan dalam injektor 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. Tempat injeksi dari alat GLC 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. Bila kita tidak mengetahui titik didih komponen dari cuplikan maka kita
harus mencoba-coba. Sebagai tindak lanjut suhu dari tempat injeksi dinaikkan.
Jika puncak-puncak yang diperoleh lebih baik, ini berarti bahwa suhu percobaan
pertama terlalu rendah. Namun demikian suhu tempat injeksi tidak boleh terlalu
tinggi, kemungkinan akan terjadi perubahan karena panas atau penguraian dari
senyawa yang akan dianalisa.
Page | 3
4. Kolom
Kolom merupakan tempat terjadinya proses pemisahan karena di dalamnya
terdapat fase diam. Oleh karena itu, kolom merupakan komponen sentral pada
GC. Kolom terletak didalam sebuah oven dalam instrumen. Suhu oven harus
diatur dan sedikit dibawah titik didih sampel. Jika suhu diatur 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. Ada 3
jenis kolom pada GC yaitu kolom kemas (packing column), 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 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)
Page | 4
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. Kolom selalu memiliki bentuk silinder.
Silinder ini dapat terbuat dari :
a. Tembaga (murah dan mudah diperoleh)
b. Plastik (teflon), dipakai pada suhu yang tidak terlalu tinggi.
c. Baja (stainless steel), (mahal)
d. Aluminium
e. Gelas
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. Kebanyakan kolom yang digunakan
berupa stainles steel dengan diameter luar (OD) dari I/S atau 1/4 inch (0,3 atau
0,6 cm). Pada GSC kolom diisi dengan penyerap (adsorbent), sedangkan pada
GLC kolom diisi dengan "solid support" (padatan pendukung).
5. Detektor
Komponen utama selanjutnya dalam kromatografi gas adalah detektor.
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 intinya 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 standar. Akan
Page | 5
tetapi apabila kromatografi gas digabung dengan instrumen yang multipleks
misalnya GC/FT-IR/MS, kromatogram akan disajikan dalam bentuk lain.
6. Rekorder
Rekorder berfungsi sebagai pengubah sinyal dari detektor yang diperkuat
melalui elektrometer menjadi bentuk kromatogram. Dari kromatogram yang
diperoleh dapat dilakukan analisis kualitatif dan kuantitatif. Analisis kualitatif
dengan cara membandingkan waktu retensi sampel dengan standar. Analisis
kuantitatif dengan menghitung luas area maupun tinggi dari 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).
7. 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.
Page | 6
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).
Page | 7
Recommended