GC

 Kromotografi Gas (GC)

     GC (Gas Chromatography)  yang biasa disebut juga Kromatografi gas (KG) merupakan teknik instrumental yang dikenalkan pertama kali pada tahun 1950-an. GC merupakan metode yang dinamis untuk pemisahan dan deteksi senyawa-senyawa organik yang mudah menguap dan senyawa-senyawa gas anorganik dalam suatu campuran Perkembangan teknologi yang signifikan dalam bidang elektronik, komputer, dan kolom telah menghasilkan batas deteksi yang lebih rendah serta identifikasi senyawa menjadi lebih akurat melalui teknik analisis dengan resolusi yang meningkat.       

gambar 1 : alat GC

          Ada 2 jenis kromatografi gas, yaitu :

1. Kromatografi gas–cair (KGC) yang fase diamnya berupa cairan yang diikatkan pada suatu pendukung sehingga solut akan terlarut dalam fase diam.
2. Kromatografi gas-padat (KGP), yang fase diamnya berupa padatan dan kadang-kadang berupa polimerik.

A. pengertian Kromotografi 

     adalah suatu teknik pemisahan campuran yang didasarkan atas perbedaan distribusI dari komponen-komponen campuran yang ada di dalam sampel dua fase,yakni fase diam (padat atau cair) dan fase gerak. Adapun banyak mascam-macam kromotografi. Pemisahan suatu campuran menjadi komponennya berdasarkan pada distribusi komponen tersebut diantara dua fase. Menurut pengertian ini kromotografi gas selalu melibatkan dua fasa. Fasa diam dapat berupa padatan atau cairan yang terikat pada permukaan padatan, sedangkan fasa gerak berupa gas pembawa inert. Dari perbedaan fasa diamnya, kromotografi gas dikenal sebagai kromotografi gas padat (KGP) dan kromotografi gas cair (KGC). James dan Martin adalah dua ilmuwan yang pertam kali mengajukan konsep kromotografi gas cair pada tahun 1952. Pendapat lain mengatakan konsep kromotografi gas telah diajukan sebelumnya oleh Martin dan Synge pada tahun 194. KGC lebih dikenal sebagai GC atau Kromotografi Gas.

     

B. Hal yang Mempengaruhi Pemisahan Campuran Gas

        1. Polaritas fase diam (Stationary Phase)

        Senyawa mempunyai polaritas yang kuat berinteraksi dengan polaritas fasa diam,maka memiliki waktu retensi lebih lama dari kolom non-polar.

     2. Temperature

         Semakin tinggi suhu, semakin banyak senyawa dalam fasa gas. Itu kurang  berinteraksi dengan fasa diam, waktu retensi adalah lebih pendek, tapi pemisahan gas tidak bagus.

     3.  Aliran Gas Pembawa (Carier Gas Flow)

         Jika aliran Carrier gas tinggi. Molekul tidak memiliki kesempatan untuk berinteraksi dengan fasa diam,waktu retensi lebih pendek dan pemisahan gas tidak bagus.

    4. Panjang Kolom

        Semakin panjang kolom maka lebih baik pemisahannya. Dala arti waktu retensi (retention time) itu akan meningkat proposional dengan panjang kolom.

    5.  Jumlah Sampel yang disuntikkan

         Jika terlalu banyak sampel disuntikkan, peak chromatogram menunjukkan tailing yang signifikan yang menyebabkan pemisahan yang tidak bagus. Kebanyakan detector sensitive dan tidak membutuhkan banyak sampel yang dimasukkan.

    6. Kesimpulan

        Temperature yang tinggi dan Flow rate ( laju aliran) tinggi mengurangi waktu retensi, tapi juga mempengaruhi kualitas pemisahan

C. Analisis Kualitataif

    Analisis kualitatif merupakan analasis pendahuluan sebelum melakukan analasisi kuantitaif. Analisi Kualitatif adalah metode menentukan konsentrasi yang tepat dari komponen tersebut dalam sampel. Kromotografi gas dapat digunakan untuk keperluan kualitatif maupun kuantitatif.

    Dalam anlisis dengan kromotografi,ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu jenis kolom yang digunakan,kondisi operasi harus sesuai dengan larutan yang disuntikkan dan persiapan sampel (khususnya sampel yang kompleks) sebelum dianalisis.

D. Alasan Kromotografi menduduki posisi yang penting

     1. Aliran fasa gerak terkontrol dan kecepatannya tetap

     2. Sangat mudah terjadi pencampuran uap sample kedalam aliran fasa gerak

     3.  Pemisahan fisik terjadi dalam kolom yang jenisnya banyak sekali, panjangnya bervariasi dan temperaturenya bias diatur

     4. Banyak sekali macam detector yang dapat pada kromotografi gas, (saat ini dikenel 13 macam detector ) dan tanggapan detector adalah proposional dengan jumlah tiap komponen yang keluar dari kolom

    5. Kromotografi gas sangat mudah digabung dengan instrument fisika-kimia lainnya,contohnya GC-MS  ( Gas Chromatography-Mass-Specrophotometry)

E.  SISTEM PERALATAN KROMATOGRAFI GAS (GC)

gambar 2 : sistem komponen alat GC

NOTE :                      
1. Kontrol dan penyedia gas pembawa; 
2. ruang suntik sampel;
3. kolom yang diletakkan dalam oven yang dikontrol secara termostatik;
4. sistem deteksi dan pencatat (detektor dan recorder); serta

5. komputer yang dilengkapi dengan perangkat pengolah data.

1. Fase gerak

    Fase gerak pada GC juga disebut dengan gas pembawa karena tujuan awalnya adalah untuk membawa solut 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) 

2. Ruang suntik sampel

    Lubang injeksi didesain untuk memasukkan sampel ecara 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 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 semprit saat ini tersedia di pasaan 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 injector yang panas dan 100 % sampel masuk menuju kolom.

b. Injeksi terpecah (split injection), yang mana sampel yang diinjeksikan diuapkan dalam injector yang panas dan selanjutnya dilakukan pemecahan.

c. Injeksi tanpa pemecahan (splitness injection), yang mana hampir semua sampel diuapkan dalam injector 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.

3. Kolom

    Kolom merupakan tempat terjadinya proses pemisahan karena di dalamnya terdapat fase diam. Oleh karena itu, kolom merupakan komponen sentral pada GC.

Ada 3 jenis kolom pada GC yaitu kolom kemas (packing column) dan kolom kapiler (capillary column); dan kolom preparative (preparative column). 

                             

Perbandingan kolom kemas dan kolom kapiler dtunjukkan oleh gambar berikut :

gambar 3 : kolom kemas dan kolom kalpiler

        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 memberikanefisiensi 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)

4. 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 garis besarnya 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 baku. Akan tetapi apabila kromatografi gas digabung dengan instrumen yang multipleks misalnya GC/FT-IR/MS, kromatogram akan disajikan dalam bentuk lain.

Beberapa jenis detektor yang digunakan dalam kromatografi gas adalah sebagai berikut :

  1. Mass Spectrometer (GC/MS)

         Banyak instrument GC yang digabungkan dengan spectrometer masa, adalah kombinasi yang sangat baik. GC memisahkan senyawa dari satu sama lain,sedangkan spektormeter masa untuk mengidentifikasikan pola fragmentasi.

  2. Falme Ionization Detector (FID)

gambar 4 : detektor FID

         Detector ini sangat sensitive terhadap molekul organic,tapi relatife tidak sensitive terhadap molekul kecil misalnya N2,NOx,H2S,CO,CO2,H2O. jika jumlah yang tepat dari hydrogen/udara di campur, pembakaran tidak menghasilkan ion apapun. Jika komponen lainnya diketahui sebagai kation yang mengandung atom karbon yang dihasilkan dari pembakaran. Apabila atom-atom karbon lebih banyak dalam molekul. Semakin banyak fragmen yang dibentuk dan lebih sensitive detector untuk enyawa ini. FID mempunyai response factor yang besar. Dikarenakkan sampel yang akan masuk ke FID harus dibakar, maka tidak cocok untuk aplikasi percobaan. Dan FID juga membutuhkan beberapa gas yang diperlukan untuk pengopersian hydrogen,osigen(udara terkompresi),dan carrier gas(gas pembawa).

3. Thermal Conductivity Detector ( TCD )

gambar 5 : detektor ( TCD )

         Detektor ini kurang sensitive dibandingkan dengan FID,tetapi sangat cocok untuk aplikasi percobaan , karena sampel tidak hancur .Hal inididasarkan pada perbandingan dua aliran gas,satu chamber (cell) hanya berisi gas pembawa (reference cell), yang lain gas pembawa dan sample (sample cell). Gas pembawa yang tinggi konduktivitas termal misalnya helium atau hydrogen digunakan untuk memaksimalkan perbedaan suhu (perbedaan resistance)  antara dua kawat  tungsten tipis. Perbedaan temperatur antara reference cell dan sample cell dideteksi oleh rangkaian jembatan Wheatstone.

5. 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.
• 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.

f. Kelebihan dan Kekurangan dari GC

   1. Kelebihan

       a) Waktu analisis yang singkat dan ketajaman pemisahan yang tinggi.

       b) Dapat menggunakan kolom lebih panjang untuk menghasilkan efisiensi pemisahan    yang tinggi.

       c)  Gas mempunyai vikositas yang rendah.

       d)  Kesetimbangan partisi antara gas dan cairan berlangsung cepat sehingga analisis relatif  cepat dan sensitifitasnya tinggi

       e) Pemakaian fase cair memungkinkan kita memilih dari sejumlah fase diam yang sangat banyak jenisnya

  2. Kekurangan

      a) Teknik Kromatografi gas terbatas untuk zat yang mudah menguap.

      b) Kromatografi gas tidak mudah dipakai untuk memisahkan campuran dalam jumlah besar. Pemisahan pada tingkat mg mudah dilakukan, pemisahan pada tingkat gram mungkin dilakukan, tetapi pemisahan dalam tingkat pon atau ton sukar dilakukan kecuali jika ada metode lain.

      c) Fase gas dibandingkan sebagian besar fase cair tidak bersifat reaktif terhadap fase diam dan zat terlarut

Pustaka:

1. Kenkel, J., 2002, Analytical Chemistry for Technicians, 3th. Edition., CRC Press, U.S.A.
2. Grob, R.L., 1995, Modern Practice of Gas Chromatography, 3th Ed., Jhon Wiley and Sons, New York.
3. Settle, F (Editor), 1997, Handbook of Instrumental Techniques for Analytical Chemistry, Prentice Hall PTR, New Jersey, USA.
4. Kealey, D and Haines, P.J., 2002, Instant Notes: Analytical Chemistry, BIOS Scientific Publishers Limited, New York.
5. Watson, D.G., 1999, Pharmaceutical Analysis: A textbook for pharmacy students and pharmaceutical chemists, Churchill Livingston, UK.
6. Adamovics, J.A., 1997, Chromatographic Analysis of Pharmaceuticals, 2nd Edition, Marcel Dekker, New York.