GAS CHROMATOGRAPHY / GC

 ( KROMATOGRAFI GAS )

         Kromatografi gas yaitu kromatografi dimana pemisahannya didasarkan atas partisi dan adsorpsi zat   yang akan dianalisis dalam bentuk gas antara dua fase (fase gerak dan fase diam)

          Berdasarkan jenis fase diam, ada 2  jenis kromatografi gas (KG) :

1. Kromatografi Gas Padat (KGP)

Berdasarkan penjerapan (adsorpsi) zat dalam bentuk gas pada permukaan padat . Sekarang jarang digunakan.

2. Kromatografi Gas Cair (KGC)

Berdasarkan partisi zat dalam bentuk gas dalam fase diam (cairan yang tersalut pada zat padat) dengan fase gerak (gas). Paling banyak dipakai.

-       Keuntungan utama kromatografi gas adalah waktu analisis yang singkat dan ketajaman pemisahannya besar.

-       Syarat utama zat yang dapat dianalisis secara KG adalah zatnya harus mudah menguap (titik didih rendah / tekanan uap tinggi) atau dapat diubah menjadi zat yang mudah menguap.

   Instrumentasi

-       Instrumen kromatografi gas terdiri dari tabung gas pembawa (fase gerak), injektor, kolom pemisah (fase diam), detektor, amplifier, dan recorder.

-       Bagan lengkap instrumen kromatografi gas dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

A. Gas pembawa

-   Tabung gas pembawa ini berfungsi sebagai wadah gas pembawa yang dilengkapi dengan pengatur tekanan.

-   Sebagai gas pembawa (fase gerak) yang banyak digunakan adalah gas hidrogen, nitrogen, helium, dan argon  

-   Hidrogen memiliki keuntungan, yaitu karena viskositasnya yang rendah, dalam kolom pemisah yang panjang masih dapat mencapai kecepatan aliran yang optimal.

-   Pemilihan gas pembawa disesuaikan dengan kolom pemisah dan detektor yang digunakan.

Gas Pembawa	Detektor
Hidrogen	Thermal Conductivity Detector (TCD)
Helium	Thermal Conductivity Detector (TCD) Flame Ionization Detector (FID) Flame Photometric Detektor (FPD) Electron Capture Detector (ECD)
Nitogen	Thermal Conductivity Detector (TCD) Flame Ionization Detector (FID) Flame Photometric Detektor (FPD) Electron Capture Detector (ECD) Hall Electrolytic Conductivity Detector Photo Ionization Detector (PID)
Argon	Flame Ionization Detector (FID)
Argon + Metana	Electron Capture Detector (ECD)

B.  Injektor

-   Injektor merupakan bagian yang digunakan untuk memasukkan sampel yang akan dipisahkan.

-   Pada bagian ini sampel cair akan dipanaskan, sehingga menguap dengan cepat.

-   Sampel cair yang digunakan biasanya 10-20 mikroliter.

-   Penyuntikan sampel harus berlangsung cepat dan butuh suatu latihan, karena bila penyuntikan lambat maka akan diperoleh pita yang melebar atau lebih banyak dari yang diperlukan.

-   Suhu pada tempat injeksi sangat penting, bila sampel cair menguap lambat, maka hasilnya juga akan diperoleh pita yang lebih banyak. Biasanya suhu yang digunakan sedikit di atas titik didih komponen sampel.

                                      Gambar lubang injeksi sampel

C. Kolom pemisah

-   Kolom pemisah berfungsi sebagai fase diam yang dapat memisahkan campuran suatu senyawa.

-   Ada 2 jenis kolom pemisah, yaitu kolom kemas dan kolom kapiler. Kolom kemas memiliki diameter internal  2-4 mm dengan panjang 1 -3 m.. Sedangkan kolom kapiler memiliki internal diameter 0,02-0,2 mm dan   panjang 15-25 m.

-   Kolom pemisah biasanya berupa material padat inert (contoh tanah diatomae) yang disalut dengan suatu cairan yang sebenarnya berfungsi sebagai fase diam.

-   Syarat cairan fase diam → harus melarutkan sampel sampai taraf tertentu. Pemisahan terjadi secara partisi antara fase diam (cairan) dengan fase gerak (gas).

-   Kolom ini berada dalam suatu pemanas yang suhunya dibuat konstan dengan thermostate.

-   Kolom  sangat beragam dalam hal ukuran dan bahan pengemasnya. Namun yang lazim digunakan, yaitu memiliki panjang 2 meter dan diameter 6 mm yang terbuat dari pipa tembaga atau baja tahan karat. Untuk menghemat ruangan pipa tersebut dibuat bentuk U atau dikumpar menjadi spiral. Pipa tersebut diisi dengan serbuk bahan padat sehingga luas permukaannya besar dan relatif lamban, biasanya digunakan tanah diatomae. Serbuk padat ini sebenarnya hanya sebagai penopang mekanis untuk cairan yang membasahi serbuk tersebut yang merupakan fase diam sebenarnya.

Jenis sampel	Fase Diam
Hidrokarbon Alifatik	Apiezon L, Minyak metil silikon
Hidrokarbon aromatik	Fenil/metil silikon
Alkohol, poliol	Carbowax (PEG)
Karbohidrat	Sianosilikon
Asam karboksilat	Carbowax
Ester	Gom metil silikon
Fenol	Minyak metil silikon
Amina	Carbowax + KOH
Steroid	Gom metil silikon, Dexil

D. Detektor

-   Alat yang dapat mendeteksi senyawa yang terpisah dalam gas pembawa dan merubahnya menjadi isyarat listrik yang proporsional.

-   Detektor harus memiliki karakteristik berikut ini :

1.      Kepekaan yang tinggi

2.      Kestabilan tinggi

3.      Respon detektor linier terhadap jumlah sampel yang diukur

4.      Dapat memberikan respon terhadap senyawa kimia apapun

5.      Memiliki waktu respon yang cepat

6.      Zat yang akan dideteksi tidak terurai pada waktu dideteksi.

-   Jenis detektor pada kromatografi gas yaitu :

1.      Flame Ionization Detector (FID/Detektor Pengionan Nyala)

Detektor ini memberikan respons terhadap hantaran oleh ion-ion gas yang dihasilkan oleh eksitasi termal dalam suatu nyala. Detektor ini memiliki respon yang lebih cepat dari pada detektor konduktivitas termal.

2.      Thermal Conductor Detector (TCD/ Detektor konduktivitas termal)

Detektor ini isyarat listriknya bergantung kepada kemampuan gas yang mengalir melewatinya dalam menghantarkan panas.

3.      Electron Capture detector (ECD)

Detektor ini memberikan respon berdasarkan daya tangkap sampel terhadap elektron dari gas yang terionkan, sehingga mengurangi arus listrik

4.      Flame Photometric Detector (FPD/Detektor Fotometri Nyala)

5.      Hall Electrolytic Conductivity Detector (HECD/ Detektor elektrolitik)

E.  Amplifier (Penguat)

 Alat yang digunakan untuk memperkuat respon yang dideteksi oleh detektor

F. Recorder (Pencatat)

-   Alat yang digunakan untuk menerjemahkan isyarat listrik yang berasal dari suatu detektor, biasanya berupa alat pencetak.

-   Hasil cetakan dari recorder berupa puncak-puncak yang dinamakan kromatogram.

 Analisis Kualitatif dan Kuantitatif

A. Analisis Kualitatif

-   Kromatografi gas dapat digunakan untuk analisis kualitatif suatu senyawa tertentu.

-   Namun analisis kualitatif dengan metode ini jarang digunakan, karena tidak sebaik dengan instrumen spektofotometer IR, maupun spektrofotometer NMR.

-   Untuk identifikasi suatu senyawa dengan kromatografi gas, maka kolom dan semua variabel lainnya, seperti suhu dan laju aliran gas (F) harus dapat dikendalikan dengan seksama.

-   Dengan mengendalikan semua variabel tersebut, maka waktu retensi (t_R) dan volume retensi (V_R) suatu zat akan merupakan sifat khas dari zat tersebut.

-   Waktu retensi (t_R) adalah waktu sejak sampel diinjeksikan hingga munculnya pita elusi pada pencatat.

-       Volume retensi (V_R) adalah hasil perkalian antara waktu retensi dengan laju aliran gas.

                                          V_R = t_R  X   F

                                                Gambar kromatogram kromatografi gas

-   Pada umumnya posisi pita-pita elusi pada sumbu horizontal kromatogram dan lebar pita-pita tersebut akan menentukan sempurna atau tidaknya suatu pemisahan campuran senyawa.

-   Pemisahan (R) dua komponen dalam suatu senyawa didefinisikan dengan rumus dibawah ini.

                                                  2 (t_R2   -   t_R1)

                                      R   =   -------------------

                                                  w_b1    +   w_b2

     atau jika lebar pita diukur setengah tinggi antara garis dasr dan puncak, maka persamaannya menjadi

                                                           2 (t_R2   -   t_R1)

                                      R   =   -------------------------------

                                                  1,699 (w_{1/2 1}    +   w_{1/2 2})

     Jika R = 1,5,  kedua zat terlarut tersebut dikatakan terpisahkan

            R = 1,  pemisahan cukup memadai untuk analisis

            R < 1, pemisahan dua zat tersebut buruk

-   Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada kromatogram dari dua komponen senyawa dalam campuran.

B.    Analisis kuantitatif

-   Kromatografi gas merupakan instrumen yang sangat baik untuk analisis kuantitatif suatu komponen zat dalam campuran.

-   Penentukan kadar suatu zat dalam campuran suatu senyawa dengan kromatografi gas yaitu dengan mengukur luas daerah di bawah pita elusi dari zat yang akan ditentukan kadarnya pada kromatogram, kemudian dibandingkan dengan luas daerah di bawah pita suatu larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya atau dengan membuat kurva kalibrasi dari serangkaian larutan standar.

                                          A zat        

                        C zat  =  ------------   x     C standar

                                       A standar

     C zat          = konsentrasi zat sampel (ppm)

     C standar   = konsentrasi standar (ppm)

     A zat         = luas daerah zat sampel

     A standar = luas daerah standar

-   Daerah dibawah pita tersebut dihitung luasnya seperti segitiga, yaitu :

                                    Luas = ½ (Alas  x Tinggi)

-   Namun dengan perkembangan teknologi digital, dengan iinstrumen kromatografi gas terbaru yang dilengkapi dengan komputer, kita tidak perlu lagi menghitung luas daerah dibawah pita, baik pada komponen zat, maupun larutan standar, karena komputer sudah menghitung secara langsung dari detektor.

-   Zat-zat yang dapat ditentukan kadarnya secara kromatografi gas, antara lain zat yang mudah menguap, seperti etanol, metanol, aseton, dan minyak atsiri.