1_pengenalan alat bambang w.pdf

ISSN 0852-4777 ALAT ANALISIS

PENGENALAN ALAT KROMATOGRAFI GAS

Bambang Widada

ABSTRAK

IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) mendefinisikan kromatografi sebagai metode yang digunakan terutama untuk memisahkan komponen cuplikan, yang terdistribusi di antara dua fasa, yaitu satu fasa diam dan fasa gerak. Fasa diam dapat berupa padatan atau cairan yang dilapiskan pada padatan atau gel dan fasa gerak dapat berupa cairan atau gas. Fasa diam dimasukkan ke dalam suatu kolom, ditabur atau didistribusikan sebagai lapisan tipis, dan sebagainya.

PENDAHULUAN

Kromatografi adalah pemisahan campur-an komponen-komponen didasarkan pada perbedaan tingkat interaksi terhadap dua fasa material pemisah. Campuran yang akan dipisahkan dibawa fasa gerak, yang kemudian dipaksa bergerak atau disaring melalui fasa diam karena pengaruh gaya berat atau gaya-gaya yang lain. Komponen-komponen dari campuran ditarik dan diperlambat oleh fasa diam pada tingkat yang berbeda-beda sehingga mereka bergerak bersama-sama dengan fasa gerak dalam waktu retensi (retention time) yang berbeda-beda dan dengan demikian mereka terpisah[1].

Disain alat Kromatografi Gas (Gas Chromatography - GC)

Tiga bagian dari alat Kromatografi Gas (GC) yang sangat penting adalah gerbang injeksi (injection port), kolom pemanas (oven column), dan detektor. Pada tiga bagian tersebut pengaturan suhu mempunyai peran yang penting dalam proses analisis. Diagram alir rangkaian instrumen GC diperlihatkan pada Gambar 1.

Gerbang Injeksi (Injection Port)

Gerbang injeksi didisain untuk melewatkan cuplikan dengan cepat dan efisien. Pada umumnya GC mengerjakan pemisahan/analisis terhadap campuran cairan

volatil. Dalam hal ini, gerbang injeksi harus dirancang dapat menguapkan cuplikan sehingga semua cuplikan segera terbawa ke kepala kolom oleh aliran gas pembawa. Disainnya berupa kamar gelas atau logam dilengkapi dengan septum karet untuk mengakomodasi injeksi alat penyuntik. Akibat semburan He melalui kamar, cairan injeksi (biasanya antara 0,1-3 l) yang telah menguap segera terbawa menuju kolom. Septum karet setelah ditusuk berulang-ulang dapat diganti dengan mudah.

Ketepatan volum injeksi menjadi sangat penting untuk analisa kuantitatif di mana jumlah analit yang diukur oleh detektor tergantung pada konsentrasi analit dalam cuplikan. Apabila prosedur dikehendaki hanya untuk identifikasi (analisis kualitatif), maka ketepatan volum injeksi menjadi kurang penting.

Untuk mengisi alat injeksi dapat dipakai teknik sebagai berikut:

- Alat injeksi dibersuhkan.

- Alat injeksi dikuras dengan menghisap cuplikan beberapa kali (dan mengeluarkan isinya di luar tempat cuplikan).

- Jumlah cuplikan yang diperlukan dihisap. Cara untuk mengeluarkan gelembung-gelembung udara yang masih tertinggal pada tabung injeksi adalah dengan jalan menekan torak injeksi secepatnya beberapa kali dan ujung jarum harus selalu berada di dalam cairan.

URANIA No.23-24/Thn.VI/Juli-Oktober 2000 1

BAMBANG WIDADA Pengenalan Alat Kromatografi Gas - Udara 1/10 dari volum maksimum dihisap

lagi.

- Jarum bagian luar dibersihkan dengan kain yang tidak mudah lepas serat- seratnya.

- Cuplikan diinjeksikan dengan menusukkan jarum menembus septum, dan menekan penghisap sampai ujungnya dengan gerakan yang cepat dan tidak terputus-putus, kemudian tarik jarum keluar dari septum.

- Torak injeksi ditarik kembali sedikit dan lihat berapa banyak cairan yang masih tertinggal.

- Diameter kolom yang digunakan tetap diperhatikan dalam melakukan pemisahan agar sesuai dengan batasan volum penyuntikan. Tabel 1 memperlihatkan hal itu.

Kolom

Jenis Kolom

Instrumen GC didisain supaya kolom dapat diganti secara mudah dengan melepaskan fitting di dalam oven. Fitting ini tidak hanya memudahkan penggantian fasa diam yang berbeda, tetapi juga mengijinkan operator mengganti kolom yang lebih panjang yang berisi fasa diam yang sama. Ide penggantian kolom yang lebih panjang adalah memberikan kesempatan kontak lebih lama antara campuran komponen dengan fasa diam yang pada gilirannya memperbaiki pemisahan. Interaksi campuran komponen dengan cairan fasa diam memainkan peran kunci dalam proses pemisahan sehingga sifat-sifat fasa diam menjadi penting. Berbagai jenis kolom biasanya menyebutkan nama komersialnya, komposisi, dan klasifikasi senyawa untuk penggunaannya (kaitannya dengan polaritas).

Suhu Kolom

Tekanan uap dan kelarutan substansi dalam substansi lain berubah oleh suhu. Sebagai contoh Gambar 2 memperlihatkan

tekanan uap berubah oleh suhu dan Gambar 3 memperlihatkan kelarutan berubah dengan suhu.

Oleh karena itu, ketepatan pengendalian suhu kolom menjadi sangat penting sebab pemisahan tergantung pada tekanan uap dan kelarutan. Pemilihan suhu isotermal (konstan) dan suhu terprogram (suhu berubah secara kontinyu) dilakukan dengan percobaan. Untuk pemisahan sederhana, mode isotermal sudah cukup baik. Hal ini disebabkan perbedaan antara tekanan uap dan kelarutan dari campuran komponen sudah cukup mempengaruhi pemisahan yang baik pada suhu yang dipilih. Namun, untuk campuran yang lebih kompleks, pemisahan yang kompleks membutuhkan suhu yang bervariasi.

Laju Alir Gas Pembawa

Laju alir gas pembawa mempengaruhi resolusi. Laju alir yang minimum diperlukan untuk resolusi maksimum. Namun, perlu diketahui bahwa pada laju alir yang sangat lambat resolusinya secara dramatis menurun oleh karena faktor-faktor: packing tidak teratur, ukuran partikel, diameter kolom, dan lain-lain.

Laju alir harus dikontrol dengan tepat. Tekanan dari silinder gas bertekanan pada gas pembawa harus cukup untuk mendorong gas melewati kolom packing. Flow controller atau needle valve harus ada pada sistem GC dan sering disatukan dalam bagian depan instrumen. Laju alir harus dapat diatur secara hati-hati sehingga dapat diketahui berapa laju alir optimumnya dan harus dapat disamakan dalam percobaan berikutnya. Berbagai flow meter tersedia, dan kadang-kadang oleh pabrik pembuat instrumen disatukan di dalam instrumen sehingga laju alir terpantau secara kontinyu dan dapat diatur lagi (bila perlu) dengan memutar needle valve. Bila tidak ada flow meter maka flow meter gelembung sabun sering digunakan, flow meter gelembung sabun tersusun dari pipet ukur (measuring pipet), tabung gelas (glass tubing), dan pipet bulb. Dengan perangkat flow meter gelembung

2 URANIA No.23-24/Thn.VI/Juli-Oktober 2000

BAMBANG WIDADA Pengenalan Alat Kromatografi Gas sabun, stop watch digunakan untuk mengukur waktu pada gelembung yang bergerak di antara dua tanda garis, misalnya 02 ml. Dengan demikian laju alir gas pembawa (ml/menit) dapat dihitung.

Detektor

Detektor dalam GC digunakan untuk memunculkan sinyal listrik hasil elusi gas pembawa dari kolom. Berbagai jenis detektor dibuat untuk melakukan deteksi. Tidak hanya berupa variasi disain, tapi juga variasi sensitivitas dan selektivitas. Sensitivitas mengacu pada kuantitas terkecil komponen campuran di mana sensitivitas menghasilkan sinyal yang masih teramati. Sementara, selektivitas mengacu pada jenis senyawa di mana sinyalnya dapat dimunculkan. Sebagai contoh detektor FID merupakan detektor yang sangat sensitif tetapi tidak dapat mendeteksi semua senyawa, artinya FID hanya selektif untuk senyawa-senyawa tertentu. Berikut dijelaskan detektor yang umum digunakan, disertai dengan penunjukan sensitivitas dan selektivitas.

Metoda Analisis

Bila volum atau konsentrasi dari masing-masing komponen yang terpisah sudah tertentu, hal itu disebut penentuan volumetrik (volumetric determination). GC didasarkan pada prinsip bahwa komponen target yang terdeteksi adalah murni karena sudah dipisahkan dari komponen-komponen lain dalam cuplikan. Bila pemisahan ini betul-betul sempurna, volumnya (konsentrasinya) dapat ditentukan dengan tingkat keakuratan yang sangat tinggi.

Berikut 4 pokok metoda analisis (penentu-an volumetrik) yang digunakan dalam GC:

1. Metoda persentase luas permukaan (surface area percentage method)

2. Metoda pengaturan persentase luas permukaan (adjusted surface area percentage method)

3. Metoda kurva kalibrasi absolut (absolute calibration curve method)

4. Metoda internal standard (internal standard method)

Keuntungan dan kekurangan masing-masing metoda di atas dan pemilihan metodanya menjadi penting dalam mempertimbangkan analisis yang ingin dihasilkan.

Kesimpulan

Tekanan uap berubah secara substansial dengan suhu. Karenanya dibutuhkan penaik suhu kolom dan juga pengontrolnya. Untuk itu kolom selalu diletakkan dalam oven yang dilengkapi dengan termostat.

Sistem pengantar cuplikan diperlukan pada head dari kolom yang akan memudahkan semua cuplikan berbentuk gas menuju ke dalam aliran gas pembawa (katup cuplikan gas) atau cuplikan-cuplikan dari cairan volatil segera menguap dan dibawa menuju kolom dalam fasa gas. Sistem tersebut mengguna-kan konfigurasi injeksi yang mencakup injection port suhu tinggi dilengkapi dengan septum karet. Cuplikan dihisap ke dalam alat penyuntik (syringe) mikroliter dengan ujung yang tajam untuk mencoblos septum karet sehingga cuplikan memasuki aliran gas pembawa, kemudian diuapkan oleh suhu tinggi, dan dibawa menuju kolom.

Sistem deteksi diperlukan pada ujung akhir kolom yang akan mendeteksi substansi yang terelusi gas pembawa. Detektor dibuat dari sejumlah disain yang berbeda, tetapi penggunaannya untuk memunculkan sinyal listrik sehingga kemudian tercetak pada rekorder berupa informasi kualitatif dan kuantitatif yang diperoleh detektor.

Juga penting untuk mengetahui di mana saja zona pemanasan di dalam instrumen. Pada zona injection port suhunya tergantung

URANIA No. 23-24/Thn.VI/Juli-Oktober 2000 3

BAMBANG WIDADA Pengenalan Alat Kromatografi Gas

2. ANONIM, Operators Manual for Varian Model 3300/3400 gas chromatograph, Vol.2, Varian Instruments, Walmet Creek, Canada

pada volatilitas komponen, akan tetapi pada umumnya berkisar 200-250oC. Pada zona oven kolom suhunya antara 100-150oC, tetapi suhu yang lebih tinggi kadang-kadang diperlukan. Akhirnya, pada zona detektor suhunya harus lebih tinggi, terutama untuk mencegah kondensasi uap yang melewatinya. Detektor GC didisain untuk mendeteksi gas-gas dan bukan cairan, suhunya biasanya antara 200-250oC.

DAFTAR PUSTAKA

1. J. KENKEL, Analytical Chemistry for Technicians, Lewis Publishers, USA, 1994, p.358.

3. ANONIM, Analytical Intruments-A Basic Course, "What Is Chromatography?", Shimadzu Corporation, Abalytical Applications Center, Chiyoda-ku, Japan.

Penulis adalah Staf Bidang Teknologi Pascairadiasi dan

Daur Ulang., P2TBDU, BATAN

Gambar 1: Diagram alir alat Kromatografi Gas.



Gambar 4: Suhu isotermal dan suhu kompleks. (a) Program suhu isotermal. (b) Program suhu kompleks.

Tabel 1: Batasan Volum Penyuntikan [2]

Diameter Kolom Volum Injeksi Maksimum

in. (packed column)

1/8 in. (packed column)

Kapiler open tubular)

100 l 20 l 0,1 l

URANIA No. 23-24/Thn.VI/Juli-Oktober 2000 5


Tabel 2: Beberapa jenis detektor GC [3]

Jenis Detector Detectable compounds (Selektivitas) Minimum detectable

amount (Sensitivitas)

Thermal Conductivity Detector (TCD)

All compounds other than the carrier gas 10 ppm

(10 ng)

Flame Ionization Detector (FID)

Organic compounds ppm

(0.1 ng)

Electron Capture Detector (ECD)

Organic halogen compounds

Organic metal compounds

ppb

(0.1 pg)

Flame Thermionic Detector (FTD)

Organic nitrogen compounds

Organic phosphorous compounds

1ppb (1 pg)

0.1 ppb (0.1 pg)

Flame Photometric Detector (FPD)

Inorganic, organic sulfur compounds

Inorganic, organic phosphorous compounds

10 ppb

(10 pg)

Surface Ionization Detector (SID)

Level 3 amine compounds

Polycyclic aromatics

ppb (0.1 pg)

1 ppb (1 pg)


PENGENALAN ALAT KROMATOGRAFI GAS ABSTRAK Kolom Jenis Kolom Detektor Tabel 2: Beberapa jenis detektor GC [3]

1_pengenalan alat bambang w.pdf

Documents