5/16/2012

Disusun oleh : Zultiniar.

1

PENDAHULUAN Kromatografi adalah teknik pemisahan suatu campuran senyawa-senyawa menjadi komponen - komponen yang terpisah. Metode pemisahan secara didasarkan pada perbedaan migrasi / distribusi analit pada fasa gerak yang mengalir melalui fasa diam Bila semua atau sebagian dari molekul senyawa penyusun campuran dapat berbentuk fase gas atau uap pada suhu max. 400 450 oC dan tak terdekomposisi pada suhu tersebut maka senyawa ini mungkin dapat dianalisa dengan kromatografi gas Kromotografi gas merupakan salah satu teknik kromatografi. 5/16/2012 2

Syarat Suatu Sampel untuk dapat dianalisis dengan kromatografi gas cuplikan harus memiliki keatsirian yang cukup dan stabil terhadap panas. Bila fase diam berupa zat padat, disebut cara itu sebagai kromatografi gas-padat (GSC). Dasar pemisahannya : proses adsorbsi

Bila fase diam berupa zat cair, disebut cara itu sebagai kromatografi gas cair ( GLC) . Dasar pemisahannya : proses partisi5/16/2012 3

Kromatografi Gas (GC) Kromatografi gas-cair biasa disebut kromatografi gas Seluruh bentuk kromatografi terdiri dari fase diam dan fase gerak. Dalam seluruh bentuk kromatografi yang lain, fase gerak yang akan ditemui adalah cairan. Pada kromatografi gas-cair, fase geraknya adalah gas, seperti helium, dan fase diam adalah cairan yang mempunyai titik didih yang tinggi yang diserap pada padatan. Kecepatan suatu senyawa bergerak melalui peralatan, tergantung pada seberapa lama waktu yang dihabiskan untuk bergerak dengan gas dan sebaliknya melekat pada cairan dengan jalan yang sama5/16/2012 4

5/16/2012

Diagram alir kromatografi gas-cair

5

Bagian Dasar GC Sistem gas pembawa (carrier gas) Sistem pemasukan cuplikan (Injector System) Sistem pemanasan Kolom (Colomn system) Kolom Sistem deteksi (Detector System) Sistem pengolah data5/16/2012 6

Instrumentasi GC

5/16/2012

7

*Gas untuk Carier dan Detector Support*Pemilihan gas yang digunakan sebagai carrier dan gas yang mensupport detektor : Cocok dengan detektor yang digunakan Inert (tidak mudah bereaksi dengan sampel) Dry (kering/ tidak mengandung uap air) High Purity (kemurniannya tinggi) Mudah didapat Koefisien difusi gas rendah8

5/16/2012

Gas untuk Carier dan Detector Support

Carrier gas (gas pembawa) He (umum), N2, H2 Flow / laju alir = 25 - 150 mL/min untuk kolom packing (packed column) Flow / laju alir = 1 - 25 mL/min untuk kolom kapiler (open tubular column)5/16/2012 9

Gas untuk Carier dan Detector Support

Oxygen dan Moisture TrapGas sebelum dialirkan ke dalam GC sebaiknya dimurnikan dahulu,1. Tabung silinder dipasang 2 regulator , satu untuk mengetahui tekanan gas yang didalam tabung, dan kedua untuk menentukan besarnya tekanan gas yang akan dialirkan ke alat. 2. Sebelum masuk alat GC, gunakan moisture dan oxygen trap serta flame arrester, untuk menjaga kemurnian gas5/16/2012 10

Gas untuk Carier dan Detector Support

Mengapa pemurnian gas penting?Variasi pada kemurnian dan kualitas gas akan mempengaruhi limit deteksi kemampuan detektor, umur penggunaan detektor dan kolom kualitas hasil analisa

5/16/2012

11

Gas untuk Carier dan Detector Support

Efek pengotor pada gas untuk detektor GCPengotor pada hidrogen meningkatkan noise pada baseline Kontaminasi hidrokarbon harus sekecil mungkin agar tidak terjadi ghostpeak dan ketidakstabilan baseline. Hidarokarbon di udara dan gas pembakar menyebabkan meningkatnya noise dan background. Thermal Conductivity Detector (TCD) Pengotor oksigen menyebabkan filamen 5/16/2012 12 teroksidasi dan mengurangi sensitivitas Flame Ionization Detector (FID)

Gas untuk Carier dan Detector Support

Rekomendasi Kemurnian GasCarrier gases and cappilarry make up gases Helium 99.995 - 99.9995% Nitrogen 99.995 - 99.9995% Hydrogen 99.995 - 99.9995% Argon/5% Methane - Best available Detector Support gases / gas pendukung detektor Hydrogen 99.995 - 99.9995% Air (dry) Best available Nitrogen 99.9995% Note : untuk menggunakan ECD, gas harus dengan 5/16/2012 kemurnian 99.9995%.13

*Sistem pemasukan cuplikan* (Injector System) Sejumlah kecil sampel yang akan dianalisis diinjeksikan pada alat menggunakan semprit kecil (syringe). Jarum semprit menembus lempengan karet tebal (septum) yang mana akan mengubah bentuknya kembali secara otomatis ketika syringe ditarik keluar dari septum Injector berada dalam oven yang mana temperaturnya dapat dikontrol. Oven harus cukup panas sehingga sampel dapat mendidih dan diangkut ke kolom oleh gas pembawa. 5/16/2012 14

Sistem pemasukan cuplikan

Injector untuk Packed Column, temperature injector port minimal 50oC diatas titik didih cuplikan

5/16/2012

15

Sistem pemasukan cuplikan

Injector untuk Capillary Column, suatu split/splitter system dibutuhkan untuk pengiriman sedikit sample ke kepala column dan sisanya dibuang. Ratio split biasanya 1:20 sampai 1:200

5/16/2012

16

*COLUMN* Merupakan jantung Chromatography, dimana pemisahan komponen cuplikan terjadi yang berwujud puncak-puncak yang disebut Chromatogram Faktor yang berkaitan dengan keterpisahan puncak Chromatography adalah keefisienan kolom dan keefisienan pelarut 5/16/2012

17

Column

Ada dua type kolom : 1. Kolom Partisi, berisi bahan padat inert menyangga lapisan tipis cairan, disebut Chromatography Gas Cair (GLC) 2. Kolom Adsorbsi, berisi partikel penyerap yang umumnya digunakan untuk analisa gas permanen dan hydrokarbon rendah, biasa disebut Chromatography Gas Padat (GSC)

5/16/2012

18

Column

Berupa tabung terbuka dengan panjang panjang 1- 100 m dengan diameter 0.25 mm 4.0 mm Umumnya berbentuk gulungan atau huruf U agar dapat dipasang pada ruang oven kolom yang terbatas Bahan tabung 1. Logam : stainless steel, Cu, Ni, Al 2. Kaca : fused silica 3. Plastic : PTFE , PVC5/16/2012 19

Column

Column Configuration

Packed Column 1. Terbuat dari Glass, Metal (Al, Cu, Stainless Steel) 2. Panjang 1 3 meter dengan diameter 2 4 mm 3. Ukuran partikel pendukung biasanya pada 80 100 mesh5/16/2012

20

Column

Column ConfigurationOpen Tubular Column (Capillary) SCOT (support column open tubular), Permukaan dalam Capillari diberi Thin Film ( - 30 mm) sebagai material pendukung WCOT (wall column open tubular) Capillary yang dilapisi dengan lapisan tipis sebagai fase stationary FSOT (fused silica open tubular) Pengembangan WCOT dengan menggunakan silica murni yang mengandung metal oksida yang sangat kecil5/16/2012 21

Column

Capillary column , mempunyai diameter lebih kecil (0.05 - 0.53 mm) dengan 100,000 theoretical plates, sedang packed column dengan 2500 theoretical plates Capillary column membutuhkan jumlah sample lebih sedikit dibanding packed columns. Packed column butuh sample pada range microgram (10-6 gr) per injeksi, sedang capillary columns untuk penanganan rutin hanya + 50 nanograms (10-9 gr )5/16/2012 22

5/16/2012

23

Column

Properties and Characteristics of ColumnFSOT WCOT 10 - 100 0.250.75 SCOT 10 - 100 0.5 - 175 Packed 1-6 2-4 10 - 100 0.1 0.3

Length -m Inside diam -mm Efficiency (P/m) Sample -ng

2000-400010 - 750

1000-400010 - 1000

600 - 120010 - 1000

500 - 100010 - 106

PressureSpeed Chem. Inertness5/16/2012 Flexible

LowFast Best Yes

LowFast

LowFast

HighSlow Poorest

No

No

No

24

Column

Temperatur kolom Temperatur kolom dapat bervariasi antara 50 oC sampai ~ 350 oC. Temperatur awal kolom lebih rendah daripada gerbang injeksi pada oven, sehingga beberapa komponen campuran dapat berkondensasi pada awal kolom. Kolom dimulai pada temperatur rendah dan kemudian terus menerus menjadi lebih panas dibawah pengawasan komputer saat analisis berlangsung.5/16/2012 25

Column

Temperatur Column Analisa Isotermal Suhu oven column tak berubah selama analisa Analisa Temperature Terprogram Suhu oven column berubah sesuai dengan kebutuhan analisa5/16/2012 26

Waktu retensi Waktu yang digunakan oleh senyawa tertentu untuk bergerak melalui kolom menuju ke detektor disebut sebagai waktu retensi.

Waktu retensi diukur berdasarkan waktu dari saat sampel diinjeksikan sampai titik dimana tampilan menunjukkan tinggi puncak maksimum untuk senyawa itu.

5/16/2012

27

Waktu retensi

Waktu retensi sangat bervariasi dan bergantung pada: Titik didih senyawa. Titik didih yang tinggi akan memiliki waktu retensi yang lama. Kelarutan dalam fase cair. Kelarutan yang tinggi dalam fase cair berarti memiliki waktu retensi yang lama. Temperatur kolom. Temperatur kolom yang tinggi mempersingkat waktu retensi, tapi pemisahan jadi kurang sempurna.5/16/2012 28

Waktu retensi

Titik didih senyawa atau kelarutannya dalam fase cair tidak dapat kita atur. Yang dapat diatur adalah temperatur kolom. Semakin rendah temperatur kolom semakin baik pemisahan, tetapi akan memakan waktu yang lama Jawabannya : dimulai dengan kolom dengan suhu yang rendah kemudian perlahan-lahan secara teratur temperaturnya dinaikkan.5/16/2012 29

Bagaimana pemisahan berlangsung pada kolom?Ada tiga hal yang mungkin dapat terjadi pada molekul tertentu dalam campuran yang diinjeksikan pada kolom: Molekul dapat berkondensasi pada fase diam. Molekul dapat larut dalam cairan pada permukaan fase diam Molekul dapat tetap pada fase gas

5/16/2012

Dari ketiga kemungkinan itu, tak satupun yang bersifat permanen.

30

MEKANISME PEMISAHAN

5/16/2012

31

RESOLUSI Tujuan umum pada kromatografi adalah pemisahan yang cukup Ukuran kuantitatif dari pemisahan relatif : Harga R besar, berarti pemisahan lebih baik. R kecil, pemisahan jelek

resolusi

5/16/2012

32

RESOLUSI

Resolusi (Rs) antara dua puncak dalam chromatogram ditunjukkan oleh persamaan :

dimana : Z adalah pemisahan antara puncak A dan B; Wa dan Wb lebar puncak A dan B

5/16/2012

33

RESOLUSI

Faktor yang akan menyebabkan melebar tidaknya pita kromatografi yang dihasilkan adalah : Difusi Eddy, Difusi longitudinal, Transfer massa fasa gerak, Transfer massa fasa gerak tertahan, Transfer massa fasa diam

Latihan : In a chromatographic analysis of lemon oil a peak for limonene has a retention time of 8.36 min with a baseline width of 0.96 min. Terpinene elutes at 9.54 min, with a baseline width of 0.64 min. What is the resolution between the two peaks ?5/16/2012 34

Keefisienan Column Keefisienan kolom menyatakan : pelebaran puncak yang disebabkan oleh rancangan kolom dan kondisi pengerjaan Keefisienan kolom diukur dengan : Jumlah pelat teori (theoretical plates) , N N = 5.545 ( t r / W1/2)2 atau N = 16 ( t r / W )2

Untuk keadaan yang ideal : harga N besar, puncak sempit5/16/2012 35

Keefisienan Column

Jumlah pelat teori dalam suatu kolom dapat merupakan fungsi dari : Bagaimana kolom dibuat Sifat senyawa terlarut Kecepatan alir fasa gerak Suhu Metode pemasukan cuplikan Sifat fasa gerak dan fasa diam

5/16/2012

36

Keefisienan Column

Ukuran lain untuk keefisienan kolom adalah HETP atau JSPT yaitu panjang kolom yang diperlukan untuk mencapai kesetimbangan linarut diantara fase gas yang bergerak dan fase cair yang diam

Hubungan HETP dengan NHETP = H = L / N = L/16 [ W/ tr ]2 Semakin kecil harga H, kolom semakin efisien atau harga N makin besar5/16/2012 37

Keefisienan Column

Untuk mendapatkan harga N besar dan pemisahan lebih baik maka : Partikel fasa diam harus sangat kecil Kecepatan alir pelan Fasa gerak kurang kental Suhu pemisahan tinggi Menggunakan kolom yang panjang5/16/2012 38

Keefisienan Pelarut Pada GC, terjadi interaksi linarut-pelarut dan menentukan letak relatif senyawa pada kromatogram Interaksi ini ditentukan oleh koefisien distribusi linarut yang bersangkutan dalam pelarut pada suhu tertentu Bila T naik, koefisien distribusi bertambah kecil, berarti bagian linarut dalam fase gas bertambah besar dan waktu elusi bertambah pendek dan pemisahan kurang sempurna5/16/2012 39

Detector Merupakan suatu gawai yang menunjukan dan mengukur banyaknya komponen yang terpisah dalam gas pembawa Suhu detector harus panas agar cuplikan tak mengembun. Pelebaran puncak dan menghilangnya puncak komponen merupakan ciri khas terjadinya pengembunan Seluruh detektor ditutup dalam oven yang lebih panas dibanding dengan temperatur kolom. Hal itu menghentikan kondensasi dalam detektor (pada FID).5/16/2012 40

Detector

Sifat Detector yang IdealKepekaan tinggi Stabil dan reproducibility Kelinieran respon lebar Temperature bisa mencapai 400 oC Waktu respon cepat Tidak merusak sample Tidak peka terhadap perubahan aliran dan suhu Kuat dan murah Tanggap terhadap semua senyawa 5/16/2012

41

Detector

Jenis-jenis detektor pada GCTCD (Thermal Conductivity Detector ) FID (Flame Ionization Detector ), menggunakan gas H2 untuk membakar senyawa organik dengan bantuan udara ECD (Electron Capture Detector), Sensitif terhadap senyawa halogen dan logam organik FTD (Flame Thermoionic Detector NPD), Sensitif terhadap senyawa fosfor organik dan nitrogen organik FPD (Flame Photometric Detector), Sensitif terhadap senyawa fosfor, sulfur dan timah organik 5/16/2012 42

Detector

Thermal Conductivity Detector (TCD)Atau Katharometer Detector yang didasarkan kepada perubahan hantaran panas (Thermal Conductivity) dari fase gerak dengan kehadiran cuplikan atau sample

5/16/2012

43

Detector

Pada TCD yang diukur perubahan conductivitas termal dari gas karena kehadiran analit/sampel Conductivitas He, H2 lebih besar dari zat organic. Adanya zat organics menyebabkan kenaikan T filament TCD adalah detektor non-destructive, non spesific dan tidak sesensitiv dectector lainnya

5/16/2012

Skema rangkaian circuit pada TCD

44

Detector

Packed Column dan TCD

5/16/2012

45

Detector

Flame Ionization Detector (FID) Ketika proses pyrolysis terjadi pada temperature pembakaran dengan hydrogen dan udara, ion dan electron yang dihasilkan akan menimbulkan electricity dan akan ditampung oleh collector electrode5/16/2012

Detektor ionisasi nyala

46

Detector

Flame Ionization Detector Ketika senyawa organik dibakar, akan dihasilkan sejumlah ion dan elektron dalam nyala. Ion positif beratraksi ke katoda silinder, ion negatif pada anoda. Signal tergantung pada atom C dalam analyt organic Sensitiv terhadap massa molekul, kurang sensitiv terhadap concentrasi Kurang sensitive terhadap gugus carbonyl, amine, alcohol Tidak sensitive terhadap H2O, CO2, SO2, NOx Destructiv technique5/16/2012 47

Detector

Packed Column dan FID

5/16/2012

48

Detector

Capillary Column dan FID

5/16/2012

49

Detector

ECD (Electron Capture Detector)ECD sama sensitiv dg FID Menggunakan elektron dari emisi radioactive Beta untuk mengionkan carrier gas Jika zat organic yang mempunyai gugus fungsi electronegativ seperti halogen, phosphor dan nitro melewati detector, mereka akan menangkap electron dan menurunkan arus yang terukur diantara 5/16/2012 electroda.

50

Penerjemahan hasil dari detektor Hasil akan direkam sebagai urutan puncak-puncak Setiap puncak mewakili satu senyawa dalam campuran yang melalui detektor. Selama kondisi dalam kolom dikontrol dengan hati-hati, kita dapat menggunakan waktu retensi untuk membantu mengidentifikasi senyawa yang tampak Syaratnya : kita telah menganalisa senyawa murni dari berbagai senyawa pada kondisi yang sama.5/16/2012 51

Waktu retensi dan volume retensi dapat digunakan untuk identifiksi cuplikan Volume retensi adalah volume fasa gerak yang diperlukan untuk mengelusi analit dari titik injeksi, melalui fasa diam sampai mencapai detektor. Dapat dihitung dari tR dikali kecepatan alir fasa gerak, Fc,

5/16/2012

52

Area dibawah puncak sebanding dengan jumlah setiap senyawa yang telah melewati detektor, dan area ini dapat dihitung secara otomatis melalui komputer yang dihubungkan dengan monitor tinggi puncak tidak merupakan masalah, tetapi total area dibawah puncak yang paling utama. Beberapa recorder dilengkapi dengan integrator yang dapat menunjukkan luas puncak secara otomatis dan merobahnya kedalam bentuk angka Contoh kromatogram analisis monomer styrene dan data luas area dapat dilihat pada gambar berikut5/16/2012 53

5/16/2012

Contoh kromatogram monomer styrene

54

Data waktu retensi & luas area monomer styrene5/16/2012 55

Contoh kromatogram DNPH dan derivat

5/16/2012

56

Contoh kromatogram sample keju Kromatogram campuran senyawa akan muncul sebagai puncakpuncak di kromatogram dengan waktu retensi yang berbeda-beda. Analisis senyawa volatil pada keju menghasilkan puncak-puncak yang sangat banyak. Analisis secara manual kromatogram ini sangatlah rumit.57

5/16/2012

Perangkaian kromatografi gas pada spektrometer massa Tidak dapat dilakukan menggunakan detektor ionisasi nyala, karena detektor dapat merusak senyawa yang melaluinya Ketika detektor menunjukkan puncak, beberapa diantaranya melalui detektor dan pada waktu itu dapat dibelokkan pada spektrometer massa. Pola fragmentasi yang didapat dibandingkan dengan data dasar senyawa yang telah diketahui sebelumnya pada komputer. Identitas senyawa-senyawa dalam jumlah besar dapat dihasilkan tanpa harus mengetahui waktu retensinya5/16/2012 58

5/16/2012

Mass spectrum abnormal sterols

59

5/16/2012

Total ion chromatogram (TIC) dari sample Sterol.

60

SAMPEL YANG DAPAT DIANALISIS DENGAN GC : Produk Gas Alam Kemurnian Pelarut Asam Lemak Residu Pestisida Polusi Udara Alkohol Steroid Minyak Atsiri Flavor Ganja (mariyuana)61

5/16/2012

Pemanfaatan GC Pemisahan gas bertitik didih rendah seperti oksigen, karbon monoksida dan karbon dioksida dimungkinkan dengan teknik ini. Senyawa organik yang mudah menguap seperti hidrokarbon dan ester. Analisis minyak mentah dan minyak atsiri dalam buah

5/16/2012

62

5/16/2012

Split/splitless sample injection method

63

5/16/2012

Structure TCD Thermostatic Oven

64

5/16/2012

FID cell construction

65

5/16/2012

Injection port

66

5/16/2012

67