GC ( Gas Chromatography )

I.                   PENDAHULUAN TENTANG KROMATOGRAFI

Kromatografi pertama kali diperkenalkan oleh Michael Tswest (1906), seorang ahli botani Rusia. Tswest  menyiapkan kolom yang diisi dengan serbuk kalsium karbonat, dan kedalamnya dituangkan campuran pigmen tanaman yang dilarutkan dalam eter. Secara mengejutkan, pigmen memisahkan dan membentuk lapisan berwarna di sepanjang kolom. Ia menamakan kromatografi pada teknik pemisahan baru ini, dimana “chroma” berarti warna serta “graphein” yang berarti tulisan. Kemudian kimiawan dari Swiss Richard Martin Willstätter (1872-1942) menerapkan teknik ini untuk risetnya yakni untuk pemisahan pigmen klorofil.

Pengertian kromatografi menyangkut metode pemisahan yang didasarkan atas distribusi deferensial komponen sampel diantara dua fasa. Hal tersebut mengacu pada beberapa sifat komponen, yaitu :

·                  Melarut dalam cairan

·                  Melekat pada permukaan padatan halus

·                  Bereaksi secara kimia

Sifat-sifat tersebutlah yang dimanfaatkan dalam metode kromatografi ini, yaitu perbedaan migrasi komponen-komponen di dalam sampel.

II.                PENDAHULUAN TENTANG GC (GAS CHROMATOGRAPHY)

Kromatografi gas (GC) adalah jenis umum dari kromatografi yang  digunakan dalam kimia analitik untukmemisahkan dan menganalisis senyawa yang dapat menguap tanpa dekomposisi. GC dapat digunakan untuk  pengujian kemurnian zat tertentu, atau memisahkan komponen yang berbeda dari campuran (jumlah relatif komponen tersebut juga dapat ditentukan). GC dapat digunakan dalam mengidentifikasi suatu senyawa.

Kromatografi gas, berdasarkan fasa gerak dan fasa diamnya merupakan kromatografi gas-cair. Dimana fasa geraknya berupa gas yang bersifat inert, sedangkan fasa diamnya  berupa cairan yang inert pula, dapat berupa polimer ataupun larutan. Adapun gambaran umum dari GC adalah sebagai berikut :

Ilustrasi Umum GC

III.             DASAR TEORI GC

Pengertian kromatografi menyangkut metode pemisahan yang didasarkan atas distribusi deferensial diantara dua fasa mengacu pada beberapa sifat komponen sampel, yaitu :

·                     Melarut dalam cairan

·                     Melekat pada permukaan padatan halus

·                     Bereaksi secara kimia

Sifat-sifat tersebutlah yang dimanfaatkan dalam metode kromatografi ini, yaitu perbedaan migrasi komponen-komponen di dalam sampel.

Pada prinsipnya pemisahan dalam GC adalah disisebabkan oleh perbedaan dalam kemampuan distribusi analit diantara fase gerak dan fase diam di dalam kolom pada kecepatan dan waktu yang berbeda.

IV.             JENIS DAN MACAM ALAT GC

            Kromatografi gas terdiri dari 2 yaitu kromatografi gas cairan dengan mekanisme pemisahan partisi, yaitu:

1.      Kromatografi gas–cair (KGC),

à fase diamnya berupa cairan yang diikatkan pada suatu pendukung sehingga solut akan terlarut dalam fase diam. Partisi komponen cuplikan didasarkan atas kelarutan uap komponen bersangkutan pada zat cair (fasa diam).

2.       Kromatografi gas-padat (KGP)

à fase diamnya berupa padatan dan kadang-kadang berupa polimerik. Pada kromatografi gas-padat, partisi komponen cuplikan didasarkan atas fenomena adsorpsi pada permukaan zat padat (fasa diam). Namun KGP jarang digunakan sehingga pada umumnya yang disebut dengan GC saat ini adalah KGC.

V.                KOMPONEN ALAT GC

1.      Gas Pengangkut

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 Iangsung. Gas pengangkut harus memenuhi persyaratan :

a.       Harus inert, 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.

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 ditektor yang digunakan. 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.

2.      Tempat injeksi ( injection port)

Dalam kromatografi gas cuplikan harus dalam bentuk fase uap. Gas dan uap dapat dimasukkan secara langsung. Tetapi kebanyakan senyawa organik berbentuk cairan dan padatan. Hingga dengan demikian senyawa yang berbentuk cairan dan padatan pertama-tama harus diuapkan. Ini membutuhkan pemanasan sebelum masuk dalam kolom.

Tempat injeksi dari alat GLC/KGC selalu dipanaskan. Dalam kebanyakan alat, suhu dari tempat injeksi dapat diatur. Aturan pertama untuk pengaturan suhu ini adalah batiwa 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, sebab kemungkinan akan terjadi perubahan karena panas atau penguraian dari senyawa yang akan dianalisa.

Cuplikan dimasukkan ke dalam kolom dengan cara menginjeksikan melalui tempat injeksi. Hal ini dapat dilakukan dengan pertolongan jarum injeksi yang sering disebut "a gas tight syringe".

Perlu diperhatikan bahwa kita tidak boleh menginjeksikan cuplikan terlalu banyak, karena GC sangat sensitif. Biasanya jumlah cuplikan yang diinjeksikan pada waktu kita mengadakan analisa 0,5 -50 ml  untuk gas dan 0,2 - 20 ml untuk cairan seperti pada gambar di bawah.

Ilustrasi Injector GC

3.      Kolom

Coulom, ada dua jenis kolom yang digunakan dalam GC. Yang pertama adalah kolom kemas, yaitu berupa tabung yang terbuat dari gelas atau steinstless berisi suatu padatan inert yang dikemas secara rapi. Kolom ini memiliki ukuran panjang 1,5-10 m dan diameter 2,2-4 nm.

Yang kedua adalah kolom kapiler, yang biasanya terbuat dari silica dengan lapisan poliamida. Kolom jenis ini biasanya memiliki ukuran panjang 20-26 m dengan diameter yang sangant kecil

Ilustrasi Kolom GC

  

4.      Detektor

Detektor berfungsi sebagai pendeteksi komponen-komponen yang telah dipisahkan dari kolom secara terus-menerus, cepat, akurat, dan dapat melakukan pada suhu yang lebih tinggi. Fungsi umumnya mengubah sifat-sifat molekul dari senyawa organik menjadi arus listrik kemudian arus listrik tersebut diteruskan ke rekorder untuk menghasilkan kromatogram. Detektor yang umum digunakan:

a.       Detektor hantaran panas (Thermal Conductivity Detector_ TCD)

b.      Detektor ionisasi nyala (Flame Ionization Detector_ FID)

c.       Detektor penangkap elektron (Electron Capture Detector _ECD)

d.      Detektor fotometrik nyala (Falame Photomertic Detector _FPD)

e.       Detektor nyala alkali

f.       Detektor spektroskopi massa

Detector, yang paling umum digunakan dalam GC adalah detector ionisasi nyala (FID) dan detector kondutivitas termal (TCD). Kedunya peka terhadap berbagai komponen dan dapat berfungsi pada berbagai konsentrasi. Sementara TCD pada dasarnya universal dan dapat digunakan untuk mendeteksi setiap komponen selain gas pembawa (selama konduktivitas mereka berbeda dari gas pembawa, suhu detektor),dalam  jumlah besar sensitif terutama untuk hidrokarbon. Sedangkan FID tidak dapat mendeteksi air. TCD adalah detector non-destruktif, sedangkan FID adalah detector destruktif. Biasanya detector ini akan dihubungkan dengan Spektrokopi Masa, sehingga akan menjadi rangkaian alat GC-MS. Adapun salah satu bentuk dari FID adalah sebagai berikut :

Ilustrasi FID GC

5.      Oven kolom

Kolom terletak didalam sebuah oven dalam instrumen. Suhu oven harus diatur dan sedikit dibawah titik didih sampel. Jika suhu diset 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.

6.      Recorder

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 disambungkan 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.

Ada beberapa detektor yang dapat digunakan dalam kromatografi gas. Detektor yang berbeda akan memberikan berbagai jenis selektivitas. Detektor non selektif merespon senyawa kecuali gas pembawa, Detektor selektif meresponi berbagai senyawa dengan sifat fisik atau kimia umum dan detektor khusus menanggapi suatu senyawa kimia tunggal. Detektor juga dapat dikelompokkan ke dalam concentration dependant detectors and mass flow dependant detectors.

Sinyal dari concentration dependant detectors terkait dengan konsentrasi zat terlarut dalam detektor, dan biasanya  Pengenceran sampel akan menurunkan respon detektor. Mass flow dependant detectors biasanya menghancurkan sampel, dan sinyal tersebut tergantung dengan laju di mana molekul-molekul zat terlarut menuju ke detektor.