TugasQ...

BAB I

PENDAHULUAN

A.  Latar Belakang

Dalam penelitian-penelitian di bidang kimia dau bidang-bidang lain yang bertalian dengannya seperti farmasi, biologi, kedokteran, pertanian dan peternakan, teknik lingkungan, teknologi  makanan, bioteknologi, dan berbagai industri, seringkali diperlukan untuk mengidentifikasi , baik secara kualitatif maupun secara kuantitatif, suatu senyawa atau senyawa-senyawa  yang terdapat dalam suatu bahan atau sampet yang umuurnya berupa campuran. Bahkan juga seringkali diinginkan untuk lebih ianjut memisahkau atau mengisolasi komponen -komponen penyusun campuran tersebut dalam bentuk murninya untuk kemudian dapat mempelajari sifat-sifat fisik, sifat-sifat kimia dan struktur molekulnya serta sifat dan aktivitas  biologisnya.

 Sebegitu jauh kromatografi merupakan metode pemisahan yang paling efsien. Dan dengan memungkinkannya metode ini untuk digabungkan secara "on line" dengan sistem-sistemmdetektor yang mempunyai limit deteksi yang rendah maka kromatografi telah merupakan metode analisis yang peka yang tidak dapat terungguli oleh metode-metode analisis lainnya. Lebih lanjut, oleh karena manfaat ganda identifikasi dan pemisahan tersebut di atas kromatografi telah merupakan metode analisis multiunsur yang dapat menghindari gangguan(interferensi) suatu komponen dalam sampel terhadap komponen lainnya yang merupakan zat yang hendak diidentifikasi' Dengan kromatografi "spesifiasi" unsur-unsur yang sering dilakukan dalam studi lingkungan juga dapar dilakukan.

Kromatografi adalah metode pemisahan yang berkaitan dengan perbedaan dalam keseimbangan distribusi dari komponen-komponen sampel di antara dua fase yang berbeda, yaitu fase bergerak dan fase diam.Berdasarkan jenis fasa gerak yang digunakan, ada 2 (dua) klasifikasi dalam kromatografi, yaitu ; kromatografi gas dan kromatografi cairan. Kromatografi gas (GC), adalah jenis yang umum digunakan dalam analisis kromatografi kimia untuk memisahkan dan menganalisis senyawa yang dapat menguap tanpa dekomposisi. Khas penggunaan GC termasuk pengujian kemurnian zat tertentu, atau memisahkan komponen yang berbeda dari campuran (jumlah relatif komponen tersebut juga dapat ditentukan). Dalam beberapa situasi, GC dapat membantu dalam mengidentifikasi suatu senyawa. Dalam persiapan kromatografi, GC dapat digunakan untuk mempersiapkan senyawa murni dari campuran.

B.  Tujuan

Tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut :

1.      Untuk memahami teori kromatografi gas

2.      Untuk mengetahui komponen – komponen dalam suatu kromatograf

3.      Untuk mengetahui cara kerja dan pemakaian kromatografi gas

4.      Untuk mengetahui  pengaruh suhu dalam kromatograf

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Teori Kromatografi Gas

Kromatografi gas adalah cara pemisahan kromatografi menggunakan gas sebagai fasa penggerak. Zat yang dipisahkan dilewatkan dalam kolom yang diisi dengan fasa tidak bergerak yang terdiri dari bahan terbagi halus yang cocok. Gas pembawa mengalir melalui kolom dengan kecepatan tetap, memisahkan zat dalam gas atau cairan, atau dalam bentuk padat pada keadaan normal. Cara ini digunakan untuk percobaan identifikasi dan kemurnian, atau untuk penetapan kadar.

Kromatografi Gas ( GC) merupakan jenis kromatografi yang digunakan dalam kimia organik untuk pemisahan dan analisis. GC dapat digunakan untuk menguji kemurnian dari bahan tertentu, atau memisahkan berbagai komponen dari campuran. Dalam beberapa situasi, GC dapat membantu dalam mengidentifikasi sebuah kompleks.

Dalam kromatografi gas, fase yang bergerak (atau “mobile phase”) adalah sebuah operator gas, yang biasanya gas murni seperti helium atau yang tidak reactive seperti gas nitrogen. Stationary atau fasa diam merupakan tahap mikroskopis lapisan cair atau polimer yang mendukung gas murni, di dalam bagian darisistem pipa-pipa kaca atau logam yang disebut kolom. Instrumen yang digunakan untuk melakukan kromatografi gas disebut gas chromatograph (atau “aerograph”, ”gas pemisah”).

Kromatografi gas yang pada prinsipnya sama dengan kromatografi kolom (serta yang lainnya bentuk kromatografi, seperti HPLC, TLC), tapi memiliki beberapa perbedaan penting. Pertama, proses memisahkan komponen  dalam campuran dilakukan antara stationary fase cair dan gas fase bergerak, sedangkan pada kromatografi kolom yang seimbang adalah tahap yang solid dan bergerak adalah fase cair. (Jadi, nama lengkap prosedur adalah “kromatografi gas-cair”, merujuk ke ponsel dan stationary tahapan,masing-masing.) Kedua, melalui kolom yang lolos tahap gas terletak di sebuah oven dimana temperatur gas yang dapat dikontrol, sedangkan kromatografi kolom (biasanya) tidak memiliki kontrol seperti suhu. Ketiga, konsentrasi yang majemuk dalam fase gas adalah hanya salah satu fungsi dari tekanan uap dari gas.

Volume pembawa yang diperlukan untuk menggerakkan pita zat terlarut pada keseluruhan panjang suatu kolom adalah volume retensi (V_R), yaitu besaran fundamental yang diukur dalam kromatografi gas. Untuk suatu kolom tertentu yang dioperasikan pada temperature (t_c) dan laju aliran gas pembawa (R_c), maka waktu yang diperlukan masing – masing komponen untuk tinggal di dalam kolom dikenal sebagai waktu retensinya (t_R). jarak pada sumbu waktu, dari titik injeksi sampel sampai puncak suatu komponen yang terelusi dikenal sebagai waktu retensi tanpa koreksi (t_R). Dan hubungannya dengan volume retensi adalah

     V_R = t_R.R_c

Sedangakan hubungannya dengan V^’_Rx

V^’_Rx  = t_R R_c – t_udara R_c = (V_R – V_M)

Karena gas bergerak lebih lambat dekat wilayah inletnya dibandingkan pada saat keluarnya, maka suatu koreksi gradient tekanan harus dilakukan terhadap volume retensi V^’_R, yaitu berupa faktor kompresibilitas (g),dimana

     V_N = g V^’_Rx  jika g adalah factor kompresibilitas

Jika zat terlarut masuk dalam kolom, zat tersebut akan menyetimbangkan dirinya antara fase diam dan fase bergeraknya sesuai dengan K_d = C_S/C_M. jika K_d = 1, zat terlarut akan tinggal selama separuh dari waktunya dalam cairan, separuh waktunya lagi digunakan untuk tinggal dalam fase gas. Jika isotherm partisinya linear, maka K_d tidak tergantung pada konsentarsi zat terlarut. Perbandingan partisi sering kali ditulis dengan

     K = K_d                   

Karena

V_R C_{M =} V_M C_M  +  V_S C_S

Maka

V_R = V_M + K_d V_S atau (V_R – V_M) = K_d V_S

Ini adalah persamaan fundamental dari kromatografi gas. Volume retensinya ditentukan oleh :

K_d V_S = K_d

W_L = berat fase cair, ρ_L = kerapatan fasa cair sesuai dengan temperatur kolom. Sedangkan volume retensi spesifik :

Yaitu volume gas pembawa yang dipergunakan untuk mengeluarkan separuh zat terlarut dari suatu kolom hipotetik pada temperatur yang dispesifikan, jika fase cairannya 1 gram dan tidak terdapat penurunan tekanan.

Berarti :

K_d = V_t ρ_L  atau Vt =

Bila pengaruh temperatur diperhatikan, maka jelas waktu relusi untuk masing-masing komponen dapat dipengaruhi dengan mengatur temperatur kolom. Menurunkan temperatur operasi menyebabkan bertambahnya retensi. Pada anggota-anggota suatu deret homolog, maka volume retensi spesifik suatu zat tersebut merupakan fungsi dari temperatur kolom dan dapat dihubungkan dengan titik didihnya menurut persamaan :

Log V_t = H/2,3 Rt_c + Konstanta

Sifat retensi biasanya dinyatakan sebagai retensi relatif, yaitu waktu retensi dibandingkan terhadap suatu zat referens yang kedua-duannya dianalisis pada kondisi yang identik. Retensi relatif tidak bergantung pada panjang kolom, laju aliran gas pembawa, faktor kompresibilitas dan perbandingan banyaknya cairan fase diam terhadap zat padat penunjang, tetapi tergantng pada temperatur.

Suatu kolom yang efisien adalah bila puncak elusinya terpelihara dalam bentuk tajam serta resolusinya terjaga baik. Ketajaman puncak relatif (q) dapat didefinisikan sebagai perbandingan volume retensi terhadap lebar puncak W

Sedangkan jumlah piringan teoritis di dalam kolom adalah :

N = 16 ² = 16q²

Nilai N berkisar antara 500 sampai 50.000 sedangkan untuk kolom kapiler, nilai N lebih besar daripada 100.000.

Efisiensi kolom biasanya dinyatakan dengan tinggi piringan yaitu  Δ =   dimana θ adalah deviasi standar pita kromatografi yang dinyatakan dalam satuan jarak dal L adalah panjang kolom.

Δ  =   =

 = varians waktu

Pada kolom tubular terbuka, retensi terjadi pada dinding kolom yang dilapisi cairan fase diam. Dalam pemisahan, tinggi efektif piringan tergandung pada K_d jenis spesiesnya. Puncak terbentuk simetri adalah yang ideal. Disimetri dengan bentuk deformasi pada kaki puncak bagian depan dikenal sebagai leading sedangkan deformasi pada kaki puncak bagian belakang dikenl sebagai tailing.leading disebabkan terlalu rendahnya temperatur kolom, tetapi juga untuk senyawa-senyawa dengan range didih yang lebar. Penggunaan face cair yang polar akan mendeaktivikan zat penunjang dan meminimalkan tailing. Demikian juga penguapan yang cepat menghindarkan efek tailing. Resolusi suatu kolom adalah efisien suatu pemisahan sepasang komponen tertentu. Suatu kromatograf dengan puncak yang sempit menunjukkan resolusi yang baik.

Komatografi gas memiliki beberapa keuntungan, diantaranya adalah sebagai berikut :

1.      Kromatografi Gas ( GC) merupakan jenis kromatografi yang digunakan dalam kimia organik untuk pemisahan dan analisis.

2.      GC dapat digunakan untuk menguji kemurnian dari bahan tertentu, atau memisahkan berbagai komponen dari campuran.

3.      Dalam beberapa situasi, GC dapat membantu dalam mengidentifikasi sebuah kompleks.

B.     komponen – komponen dalam suatu kromatografi

Suatu kromatograf yang baik terdiri dari komponen-komponen penting yaitu sebgai berikut :

1.      Regulator  tekanan

Tekanan diatur pada sekitar 1-4 atmosfer. Sedangkan aliran diatur 1-1000 liter gas per menit.  Katup pengaturan aliran diatur oleh pengatup terbentuk jarum terletak pada bagian bawah penunjuk aliran. Sebelum kolom, gas pengemban dialirkan dulu pada suatu silinder berisi monokuler sieve untuk menyaring adanya kontaminasi pengotor. Gas pembawa He, N₂, H₂, Ar, umumnya digunakan, tetapi untuk detektor konduktivitas termal, He lebih disukai karena konduktivitas termalnya yang tinggi.

2.      System injeksi sampel

Sampel diinjeksi dengan suatu macro syringe melalui suatu septum  karte silicon ke dalam kotak logam yang panas. Kotak logam tersebut dipanaskan dengan pemanas listrik banyaknya sampel berkisar antara 0,5-10 µl.

3.      Kolom kromatrografi

Terbuat dari tabung yang dibuat berbentuk spiral terbuka. Bajah tahan karat digunakan untuk tabung kolom kromatografi bila bekerja pada temperature tinggi. Diameter kolom bervariasi dari 1/16 sampai 3/16. Panjang umumnya adalah 2 meter.

4.      Penunjang stasioner

Struktur dan sifat permukaan memegang peranan penting. Struktur berperan pada efisien kolom, sedangkan sifat permukaan menentukan tingkat pemisahan. Permukaan penunjang akan terselimut oleh fase cair stesioner berupa lapisan film tipis. Penunjang yang sering digunakan adalah tanah diatomeaus dan kieselghur.

5.      Fase stasioner

Sesuai dengan namanya kromatografi gas, sebagai fasa gerak digunakan gas. Gas pembawa yang biasa digunakan adalah Helium, Nitrogen, Hidrogen, dan argon. Gas pembawah ini reratif inert; tidak mahal dan tidak beracun. Hidrogen mudah terbakar karenanya perlu perhatian keselamatan kerja yang memadai. Karena gas itu inert, maka interaksi antara molekul cuplikan dan molekul gas dapat diabaikan, kecuali pada tekanan tinggi. Koefisien distribusi suatu senyawa ditentukan oleh kemudahan menguap fasa diam. Pemilihan gas pembawa biasanya didasarkan pada kemurniannya atau kecocokannya dengan detektor. Misalnya detektor penghantar panas paling cocok dengan Hidrogen atau Helium. Untuk kebanyakan hal Helium merupakan pilihan pertama. Kemudian kemurnian gas pembawa sangat penting karena pengotoran sedikit gas saja dalam gas itu dapat menimbulkan bisingan pada  isyarat detektor. Karenanya gas pembawa sebelumnya perlu dialirkan melalui penyaringan molekul untuk menghilangkan uap air yang biasanya terdapat dalam gas pembawa.

Aliran dalam kolom disebabkan oleh perbedaan tekanan antara masukan dan keluaran. Tekanan masukkan, P_i, 10-15 psig (Pound Per Inci Persegi). Tekanan keluaran, P_o adalah tekanan atmosfer normal.pada banyak alat pengaturan aliran mengatur P_i pada kecepatan alir tetap, tetapi pada kebanyakan alat, P_i dianggap tetap.

6.    Detektor

Detektor  peka terhadap komponen-komponen yang terpisahkan di dalam kolom serta mengubah kepekaanya menjadi sinyal listrik. Kuat lemahnya sinyal bergantung pada laju aliran massa sampel dan bukan pada konsentrasi sampel gas penunjang. Range suatu detektor dinyatakan sebagai sinyal tersebar yang teramati dibagi sinyal terlemah yang masih terdeteksi dan masih memberikan respons yang linear. Detektor harus terletak dekat kolom baik untuk menghindarkan kondensasi cairan maupun dekomposisi sampel sebelum mencapai detektor

Detektor dapat dikelompokkan sebagai detektor diferensial dan detektor integral. Detektor deferensial mengukur kadar senyawa seketika itu juga atau kecepatan alir seketika itu juga. Detektor integral menambahkan isyarat seketika itu juga dan memberikan jumlah total dan biasanya digunakan untuk analisis kualitatif. Sedangkan insyarat detektor diferensial untuk analis kuantitatif.

Detektor dapat juga dikelompokkan sebagai detektor merusak dan tidak merusak.  Detektor nyala hydrogen, merupakan detektor paaling sederhana. Sebagai gas pembawa adalah hydrogen, terbakar dan menghasilkan nyala tak berwarna. Jika suatu senyawa organic muncul, nyala menjadi kuning. Kadar senyawa secara kasa sebanding tinggi nyala dan atau intensitas nyala. Jika intensitas nyala diukur dengan fotosel ketepatannya naik beberapa kali. Karena kebanyakan senyawa organik terionisasi dalam nyala, arus ion dapat dikumpulkan antara du aelektroda yang bermuatan berbeda. Detektor ini paling peka dan paling dikenal. Ion yang dihasilkan ditampung antara dua elektroda. Karena tahanan listrik dari nyala sangat tinggi (sekitar 10¹² Ohm) dan arus listrik sangat kecil (sekitar 10 ^-10 Ampere) maka peralatan elektronik yang menyertainya kompleks dan mahal.

Proses ionisasi yang terjadi dalam nyala belum diketahui seluruhnya.

7.      Pencatat sinyal

Akurasi suatu kromatogram pada suatu daerah pembacaan ditentukan oleh pemilihan pencatat sinyalnya. Kadangkala sinyal perlu diperkuat. Respons melewati skala penuh haruslah 1 detik. Kepekaan perekam adalah 10 mV dan berjangkauan dari 1-10 mV. Kadangkala mutlak diperlukan penguatan sinyal. Dalam operasi saluran langsung 2 elektrometer dibangun menjadi satuan sinyal.

C.     Cara kerja dan pemakaian kromatografi gas

1.      Cara Kerja Kromatografi Gas

Sampel diinjeksi melalui suatu sampel injection port yang temperaturnya dapat diatur, senyawa-senyawa dalam sampel akan menguap dan akan dibawa oleh gas pengemban menuju kolom. Zat terlarut akan teradsodsi pada bagian atas kolom oleeh fase diam, kemudian akan merambat dengan laju rambatan masing-masing komponen yang sesuai dengan nilai K_d masing-masing komponen tersebut.

Komponen-komponen tersebut terelusi sesuai dengan urutan-urutan makin membesarnya nilai koefisien partisi (K_d) menuju ke detektor. Detektor mencatat sederet sinyal yang timbul akibat perubahan konsentrasi dan perbedaan laju elusi. Pada alat pencatat sinyal ini akan tampak sebagai kurva antara waktu terhadap komposisi aliran gas pembawa.

Ada beberapa kelebihan kromatografi gas, diantaranya kita dapat menggunakan kolom lebih panjang untuk menghasilkan efisiensi pemisahan yang tinggi. Gas dan uap mempunyai viskositas yang rendah, demikian juga kesetimbangan partisi antara gas dan cairan berlangsung cepat, sehingga analisis relative cepat dan sensitivitasnya tinggi. Fase gas dibandingkan sebagian besar fase cair tidak bersifat reaktif terhadap fase diam dan zat-zat terlarut. Kelemahannya adalah teknik ini terbatas untuk zat yang mudah menguap.

2.      Pemakaian Gas Kromatografi

Dalam kromatografi gas untuk mengikuti reaksi, senyawa dilewatkan melalui zona reaksi dalam system tertutup antara tempat injeksi sampel dan detektor. Reaksi berlangsung setelah melalui tempat injeksi sampel. Reaksi seharusnya berlangsung seketika dan hasil reaksi mempunyai waktu retensi normal yaitu 8-10 detik.

Pengambilan suatu komponen senyawa dengan gugusan tertentu juga dapat dilakukan dengan membubuhkan dalam kolom kromatografi, suatu reagen yang relative untuk menahan komponen tersebut. Untuk perbandingan dua kolom dengan instrument pencatat dapat dimanfaatkan. Senyawa dapat diubah menjadi bentuk lain dengan beda waktu retensi, misalnya dengan melewatkan H₂O pada CaC₂ dapat terbentuk CH asetilena.

Hasil pirolisis materi yang sukar menguap juga dapat dianalisis, dengan kromatografi gas. Cracking materi tersebut dilakukan dalam gas pengemban, sehingga hasil-hasil degredasinya yang mudah menguap dapat terbawa langsung menuju kromatografi gas. Teknik pirolisis ini juga bermanfaat untuk identifikasi polimer dan anlisis struktur polimer. Dalam analisis unsur , C, H, O  dalam zat organik, pirolisis diharapkan mengubah zat organic menjadi CO₂ dan H₂O. senyawa yang tidak stabil secara termal ataupun tidak mudah menguap, dapat juga dianalisis dengan kromatografi gas dengan cara mengubahnya menjadi turunan-turunannya yang lebih mudah menguap dan stabil. Misalkan asam lemah, dapat diubah menjadi ester metilik melalui esterifikasi dengan BF₃  dalam pelarut methanol. Alcohol, stero, dan senyawa hidroksi dapat diasetilasi, misalkan dengan asam asetat anhidrida dan piridin.

D.    Pengaruh Suhu dalam Kromatograf

Ada tiga tempat dalam kromatografi dimana suhu harus dikontrol yaitu :

a.       Suhu tempat injeksi, menentukan kecepatan cuplikan diucapkan. Tempat injeksi diatur pada suhu agak tinggi, untuk cuplikan yang tidak terurai kena panas, biasanya 50^oC di atas titik didihnya. Hal ini diperlukan supaya semakin cepat cuplikan masuk ke dalam kolom dalam volume sangat kecil.

b.      Detektor  harus cukup panas sehingga penyusun cuplikan tidak mengembun disitu, tetapi kepekaan detector penghantar panas menurun sesuai dengan penurunan suhu, sehingga suhu optimumdipilih sedikit diatas suhu kolom.

c.       Suhu kolom, merupakan faktor terpenting yang menentukan retensi dan resolusi. Pada suhu tinggi, senyawa – senyawa yang dipisahkan cenderung ke fasa gas karena penurunan kelarutan. Senyawa – senyawa itu akan keluar cepat dan berhimpitan (resolusi jelek). Pada suhu rendah, senyawa – senyawa itu cenderung lebih senang ke fasa cair, akan terelusi lambat dan biasanya resolusi menjadi lebih baik.

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Adapun kesimpulan dari makalah ini adalah sebagai berikut :

1.      Kromatografi gas adalah cara pemisahan kromatografi menggunakan gas sebagai fasa penggerak. Zat yang dipisahkan dilewatkan dalam kolom yang diisi dengan fasa tidak bergerak yang terdiri dari bahan terbagi halus yang cocok. Gas pembawa mengalir melalui kolom dengan kecepatan tetap, memisahkan zat dalam gas atau cairan, atau dalam bentuk padat pada keadaan normal. Cara ini digunakan untuk percobaan identifikasi dan kemurnian, atau untuk penetapan kadar.

2.      Komponen-komponen dari kromatogfar gas adalah Regulator Tekanan, system Injeksi Sampel, kolom Kromatografi, penunjang Stasioner, fase Stasioner, detektor, dan pencatat Sinyal.

3.      Ada 3 tempat dalam kromatografi dimana suhu harus dkontrol yaiyu suhu tempat injeksi, detektor, dan suhu kolom.

4.      cara pemisahan kromatografi menggunakan gas sebagai fasa penggerak.  Zat yang dipisahkan dilewatkan dalam kolom yang diisi dengan fasa tidak bergerak yang terdiri dari bahan terbagi halus yang cocok. Gas pembawa mengalir melalui kolom dengan kecepatan tetap, memisahkan zat dalam gas atau cairan, atau dalam bentuk padat pada keadaan normal.

Contoh Soal :

1.      Pada pemisahan benzana, toluene dan xylena secara kromatografi gas, luas puncak masing-masing komponen ini adalah masing-masing adalah 31,0; 14,1; dan 53,2 cm. Hitung persentase komposisi sampel !

Jawab :

Luas total = 31,0 + 14,5 + 53,2 = 98,7

x 100 %

= 31,4 %

x 100 %

= 14,9 %

x 100 %

= 53,9 %

2.      Jika monoklorobenzena, diklororobenzena dan triklorobenzena dengan volume yang sama dianalisis secara kromatografi, didapat luas puncak masing-masing 6,36; 7,55; dan 7,45 . Jika respon detektor  seragaanlahm, bahwa persentase  luas  masing-masing komponen di atas. Diketahui kerapatan masing-masing komponen adalah 1,106; 1,305; dan 1,288 g/mL.

Jawab :

Luas total = 6,36 + 7,55 + 7,45 =21,36 cm²

% komposisi diklorobenzena =

% komposisi triklorobenzena =

% komposisi monoklorobenzena =

Berat  molekul C₆H₅Cl = 112,5 % komposisi 29,77

Berat molekul C₆H₃Cl₂ = 147,0 % komposisi 35,34

Berat molekul C₆H₃Cl₃ = 181,5 % komposisi 34,87

DAFTAR PUSTAKA

Anonym. 2009. Gas-liquid chromatography. http://www. edrushimawan(dot)com » kromatografi gas.htm. [ 4 mei 2011]. 

Khopkar, S.M., 2008. Konsep Dasar Pemisahan Analitik. UI-Press. Jakarta.

Madbardo. 2009. Kromatografi gas. http://www. kromatografi-gas.html  [4 Mei 2011].

Sudjadi. 1988. Metode Pemisahan. Kanisius. Yogyakarta.

Wiryawan, Adam. 2011. Analisis Dengan Kromatografi Gas. http://www _ Chem-Is-Try.Org _ Situs Kimia Indonesia _.htm. [4 Mei 2011].