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