KROMATOGRAFI GAS (GC)

KROMATOGRAFI GAS (GC)
 

A.    DEFINISI
Kromatografi gas (GC), merupakan jenis kromatografi yang digunakan dalam kimia organik untuk pemisahan dan analisis, Oleh karena itu, senyawa-senyawa kimia yang akan dipisahkan haruslah dalam bentuk gas pula. GC dapat digunakan untuk menguji kemurnian dari bahan tertentu, atau memisahkan berbagai komponen dari campuran. Kromatologi gas memisahkan suatu campuran berdasarkan kecepatan migrasinya di dalam fasa diam yang dibawa oleh fasa gerak. Sedangkan perbedaan migrasi ini disebabkan oleh adanya perbedaan interaksi diantara senyawa-senyawa kimia tersebut (di dalam campuran) dengan fasa diam dan fasa geraknya. Interaksi ini adalah adsorbsi, partisi, penukar ion dan gel permiasi.
Kromatografi gas termasuk dalam salah satu alat analisa (analisa kualitatif dan analisa kuantitatif), kromatografi gas dijajarkan sebagai cara analisa yang dapat digunakan untuk menganalisa senyawa-senyawa organik. Kita telah mengetahui bahwa ada dua jenis kromatografi gas, yatiu kromatografi gas padat (KGP), dan kromatografi gas cair (KGC). Dalam kedua hal ini sebagai fasa bergerak adalah gas (hingga keduanya disebut kromatografi gas), tetapi fasa diamnya berbeda. Meskipun kedua cara tersebut mempunyai banya persamaan. Perbedaan antara kedunya hanya tentang cara kerja. Pada kromatografi gas padat (KGP) terdapat adsorbsi dan pada kromatografi gas cair (KGC) terdapat partisi (larutan). Kromatografi ga padat (KGP) digunakan sebelum tahun 1800 untuk memurnikan gas. Metode ini awalnya kurang berkembang. Penemuan jenis-jenis padatan baru sebagi hasil riset memperluas penggunaan metode ini. Kelemahan metode ini mirip dengan kromatografi cair padat. Sedangkan kromatografi gas cair sering disebut oleh para pakar kimia organic sebagai kromatografi fasa uap. Pertama kali dikenalkan oleh James dan Martin pada tahun 1952. Metode ini paling banyak digunakan karena efisien, serba guna, cepat dan peka. Cuplikan dengan ukuran beberapa microgram sampel dengan ukuran 10 gram masih dapat dideteksi. Sayangnya komponen cuplikan harus mempunyai tekanan beberapa torr pada suhu kolom.

B.    KOMPONEN-KOMPONEN PADA KROMATOGRAFI GAS
Pada dasarnya komponen penting pada yang harus ada pada setiap alat kromatografi gas adalah:
1.    Tangki pembawa gas
Fungsi gas pembawa adalah mengangkut cuplikan dalam kolom ke detektor. Bermacam-macam gas telah digunakan dalam KGC, misalnya, hydrogen, helium, helium, memungkinkan difusi yang lebih longitudinal dari solute, yang cenderung menurunkan efisiensi kolom, terutama pada laju arus yang lebih rendah. Maka nitrogen mungkin merupkan suatu pilihan yang lebih baik untuk gas-pembawa agar dapat dilakukan suatu pemisahan yang benar-benar sukar. Pemilihan gas pembawa hars disesuaikan dengan jenis detektor yang digunakan.
2.    Pengatur Aliran dan Pengatur Tekanan
Ini disebut pengatur atau pengurang Drager. Drager bekerja baik pada 2,5 atm, dan mengalirkan massa aliran dengan tetap. Tekanan lebih pada tempat masuk dari kolom diperlukan un¬tuk mengalirkan cuplikan masuk ke dalam kolom. Ini disebabkan, kenyataan lubang akhir dari kolom biasanya mempunyai tekanan atmosfir biasa. Juga oleh kenyataan bahwa suhu kolom adalah tetap, yang diatur oleh thermostat, maka aliran gas tetap yang masuk kolom akan tetap juga.
Demikian juga komponen-komponen akan dielusikan pada waktu yang tetap yang disebut waktu penahanan (the retention time), t¬¬R. Karena kecepatan gas tetap, maka komponen juga mempunyai volume karakteristik terhadap gas pengangkut = volume penahanan (the retention volume), vr. Kecepatan gas akan mempengaruhi effisiensi kolom. 
3.    Tempat Injeksi
Sejumlah kecil sampel yang akan dianalisis diinjeksikan pada mesin menggunakan semprit kecil. Jarum semprit menembus lempengan karet tebal (Lempengan karet ini disebut septum) yang mana akan mengubah bentuknya kembali secara otomatis ketika semprit ditarik keluar dari lempengan karet tersebut.
Injektor berada dalam oven yang mana temperaturnya dapat dikontrol. Oven tersebut cukup panas sehingga sampel dapat mendidih dan diangkut ke kolom oleh gas pembawa misalnya helium atau gas lainnya.
4.    Kolom
Jika suatu cuplikan dianalisis dengan GC maka pemisahan terjadi pada kolom. Kolom di dalam GC sering disebut dengan ”jantung GC”. Hal ini disebabkan karena keberhasilan suatu analisis ditentukan oleh tepat dan tidaknya kolom yang dipilih serta jenis cuplikan yang akan dianalisis.
Kolom GC terdiri dari 3 bagian yaitu wadah luar yang terbuat dari logam (tembaga, baja tahan karat, nikel),gelas atau plastik mislanya teflon dan isi kolom yang terdiri dari padtan pendukung dan fasa cairan.

Kolom isian   
Fasa stasioner dalam kromatografi gas cair (KGC) adalah cairan, tetapi cairan itu tidak boleh dibiarkan bergerak – gerak di dalam tabung. Cairan tersebut harus dimobilisasi, biasanya dalam bentuk satu lapisan tipis dengan luas permukaan besar. Ini paling lazim dilakukan dengan mengimpregnasi suatu bahan padat dengan fasa cair sebelum kolom diisi. Padatan tersebut harus bersifat inert secara kimiawi terhadap zat – zat yang nantinya akan dikromatografikan, stabil pada temperatur operasi, dan memilki luas permukaan yang besar persatuan berat. Penurunan tekanan yang dibutuhkan untuk laju alir gas yamg diinginkan harus tidak boleh berlebihan. Kekuatan mekanis lebih diinginkan agar partikel – partikelnya tidak pecah dan mengubah distribusi ukuran partikel dengan penanganan. Kebanyakan padatan yang digunakan sebagai penyangga pada KGC sangat berpori. Adsorben aktif seperti karbon aktif dan silika gel adalah penyangga padat yang buruk. Bahkan jika dilapisi dengan lapisan cairan tipis maka padatan ini akan menyerap komponen – komponen sampel yang menyebabkan pengekoran (tailing). Bahan penyangga padat yang paling umum adalah tanah diatom. Untuk dapat digunakan sebagai penyangga padatan maka tanah diatom dijadikan seperti bata dan dipanaskan di dalam tanur kemudian digerus halus sampai dan disaring dengan ukuran mesh tertentu.
Pemilihan fasa cair
Fasa cair harus dipilih dengan mempertimbangkan masalah pemisahan tertentu. Cairan tersebut harus memiliki tekanan uap yang sangat rendah pad temperatur kolom; sebuah petunjuk praktis mengusulkan suatu titik didih sekurang – kurangnya 2000C di atas temperatur di mana cairan akan diberikan. Dua alasan penting untuk menginginkan volatilitas yang rendah adalah pertama, hilangnya cairan akan menghancurkan kolom itu, dan kedua, detektor akan memberi respon pada uap fasa stasioner dengan hasil penyimpangan pada garis dasar perekam dan menurunkan kepekaan terhadap komponen – komponen sampel yang dianalisis.
Fasa cair harus stabil secara termal pada temperatur kolom, dan kecuali dalam kasus – kasus khusus, cairan itu tidak bereaksi secara kimia dengan komponen – komponen sampel. Cairan tersebut harus memiliki daya pelarut yang cukup untuk sampel. Mengingat aturan lama bahwa ”sejenis melarutkan sejenis” , bisa dinyatakan bahwa secara umum seharusnya ada sedikit kesamaan kimiawi antara zat cair dan zat terlarut yang dipisahkan.
Jumlah cairan yang diberikan pada penyangga padatan adalah penting. Jika terlalu banyak cairan, zat terlarut akan menghabiskan terlalu banyak waktu berdifusi ke fasa cair, dan efisiensi pemisahan menjadi berkurang. Terlalu sedikit cairan menyebabkan zat terlarut berinteraksi dengan padatan itu sendiri., adsorpsi dapat menyebabkan pengekoran dan tumpang tindihnya pita – pita elusi. Pemuatan cairan berbeda – beda dengan sifat penyangga padatan, ukuran sampel yang diantisispasi dan faktor – faktor lain, tetapi umumnya dalam rentang 2 atau 3 sampai sekitar 20% berat cairan. Biasanya padatan diolah dengan suatu larutan dari cairan yang diinginkan dalam suatu pelaut yang volatil, dimana pelarut dipindahkan dengan pemanasan dan selanjutnya dibuang dengan gas pembawa.
5.    Detektor
Berbeda dengan alat analisis lainnya, detektor pada kromatografi gas pada umumnya lebih beraneka ragam. Hal ini disebabkan detektor pada GC mendeteksi aliran bahan kimia dan bukan berkas sinar seperti pada spektrofotometer. Beberapa pertimbangan dalam merancang suatu detektor dapat dikemukan sebagai berikut :
1. Detektor GC harus dapat mendeteksi dalam waktu beberapa detik.
2. Cuplikan yang masuk ke dalam detektor harus volatil dan bebas dari pengaruh matrik. Hal semacam juga terjadi pada spektrometri serapan atom atau emisi.
3. Detektor GC mempunyai kepekaan yang kebih dibandingkan dengan alat analisis pada umumnya.
4. Detektor GC mempunyai kisaran dinamik yang sangat besar, umunya lebih besar daripada 107.
5. Detektor GC dapat pula digunakan sebagai alat identifikasi walaupun kegunaan secara umum adalah untuk keperluan kuantitatif

C. PRINSIP KERJA KROMATOGRAFI GAS
Kromatografi merupakan medan yang bergerak cepat karena sangat pentingnya dalam praktek dalam banyak bidang penelitian. Usaha-uasaha berlanjut sepanjang banyak jalur, beberapa diantaranya adalah : detektor yang lebih baik, bahan kemasan kolom yang baru, hubungan dengan instrument lain (seperti spectrometer massa) yang dapat membantu untuk mengidentifikasi komponen-komponen yang dipisahkan.
Cara kerja dari kromatografi gas adalah gas pembawa lewat melalui satu sisi detektor kemudian memasuki kolom. Di dekat kolom ada suatu alat di mana sampel – sampel bisa dimasukkan ke dalam gas pembawa ( tempat injeksi). Sampel – sampel tersebut dapat berupa gas atau cairan yang volatil (mudah menguap). Lubang injeksi dipanaskan agar sampel teruapkan dengan cepat.
            Aliran gas selanjutnya menemui kolom, kolom merupakan jantung intrumen tempat di mana kromatografi berlangsung. Kolom berisi suatu padatan halus dengan luas permukaan yang besar dan relatif inert. Namun padatan teresebut hanya sebuah penyangga mekanika untuk cairan. Sebelum diisi ke dalam kolom, padatan tersebut diimpregnasi dengan cairan yang diinginkan yang berperan sebagai fasa diam atau stasioner sesungguhnya, cairan ini harus stabil dan nonvolatil pada temperatur kolom dan harus sesuai dengan pemisahan tertentu.
            Setelah muncul dari kolom itu, aliran gas lewat melalui sisi lain detektor. Maka elusi zat terlarut dari kolom mengatur ketidakseimbangan antara dua sisi detektor yang direkam secara elektrik.
            Sebagai gambaran bagaimana yang terjadi di dalam kolom, anggap bahwa dalam kolom tersebut memilki serangkaian kamar – kamar kecil, masing – masing mengandung suatu bagian cairan yang nonvolatil sebagai fasa stasioner. Suatu fasa bergerak atau gas pembawa bersama – sama dengan cairan yang sudah berupa gas masuk ke dalam kamar pertama, di mana suatu sampel (gas yang dikromatografikan) dari fasa bergerak. Jika cairan tersebut (fasa stasioner) cocok dengan tujuan, sebagian sampel akan yang berupa gas tersebut akan masuk dan dan larut di dalamnya dan sebagian lagi akan tetap ikut bersama dengan gas pembawa tersebut. Sekarang hukum Henry, dalam bentuk biasanya, menyatakan bahwa tekanan parsial yang dihasilkan oleh zat terlarut dalam suatu larutan encer sebanding dengan fraksi molnya. Maka untuk distribusi benzena antara fasa cair dan uap dalam kamar itu dapat dituliskan sebagai berikut :
Pbenzena = k Xbenzena
Di mana Pbenzena  adalah tekanan parsial dalam fasa uap, Xbenzena adalah fraksi mol benzena dalam cairan dan k sebuah tetapan. Dalam kromatografi gas, tekanan parsial dan fraksi mol seringkali digantikan dengan konsentrasi yang mnghasilkan suatu koefisisen distribusi yang tak bersatuan, K:
K = konsentrasi benzena dalam fasa cair/konsentrasi benzena dalam fasa gas

  Gambar 10. Ruang khayalan untuk model Craig dari percobaan KGC

Pindahkan gas nitrogen yang membawa sebagian sampel yang tidak terhenti pada kamar pertama ke kamar kedua, di mana gastersebut bertemu dnegan cairan. Dalam hal ini sebagian sampel di dalamnya akan melarut dan yang lainnya tetap ikut dengan gas pembawa atau fasa geraknya. Dalam kromatografi, aliran fasa gerak berlanjut sampai zat terlarut telah bermigrasi sepanjang kolom itu. Namun, setelah menelusuri panjang kolom suatu campuran akan mengalami fraksinasi, dan kemudian muncul satu demi satu untuk memasuki detektor. Kamar atau ruang khayalan dalam peralatan GC disebut pelat – pelat teoritis.

D. WAKTU RETENSI
Waktu yang digunakan oleh senyawa tertentu untuk bergerak melalui kolom menuju ke detektor disebut sebagi waktu retensi (RT). Waktu ini diukur berdasarkan waktu dari saat sampel diinjeksikan pada titik dimana tampilan menunujukkan tinggi puncak maksimum untuk senyawa itu.
Setiap senyawa memiliki waktu retensi yang berbeda. Untuk senyawa tertentu, waktu retensi sangat bervariasi dan bergantung pada:
•    Titik didih senyawa. Senyawa yang mendidih pada temperatur yang lebih tinggi daripada temperatur kolom, akan menghabiskan hampir seluruh waktunya untuk berkondensasi sebagai cairan pada awal kolom. Dengan demikian, titik didih yang tinggi akan memiliki waktu retensi yang lama.
•    Kelarutan dalam fase cair. Senyawa yang lebih mudah larut dalam fase cair, akan mempunyai waktu lebih singkat untuk dibawa oleh gas pembawa.. Kelarutan yang tinggi dalam fase cair berarti memiiki waktu retensi yang lama.
•    Temperatur kolom. Temperatur tinggi menyebakan pergerakan molekul-molekul dalam fase gas; baik karena molekul-molekul lebih mudah menguap, atau karena energi atraksi yang tinggi cairan dan oleh karena itu tidak lama tertambatkan. Temperatur kolom yang tinggi mempersingkat waktu retensi untuk segala sesuatunya di dalam kolom.

E. KEGUNAAN KROMATOGRAFI GAS
Pembatasan utama pada GC ini adalah yang mengenai mudahnya menguap. Contohnya harus memiliki tekanan uap cukup pada suhu kolom, memiliki titik didih rendah, dan tidak rusak dalam bentuk gasnya.
Kebanyakan contoh anorganik tidak cukup menguap untuk memperkenankan penggunaan GC secara langsung, meskipun beberapa penelitian telah dilakukan pada suhu-suhu sangat tinggi dengan menggunakan garam-garam leburan atau campuran eutektik sebagai fasa cair stasioner. Helida dari beberapa unsur seperti timah, titanium, arsen, dan antimony cukup mudah menguap, dan telah di pisahkan dengan GC. Sejumlah logam seperti berilium, alumunium, tembaga, besi, krom, dan kobal telah dapat di GC kan dalam bentuk senyawa-senyawa khelat yang cukup mudah menguap dengan asitelaseton dan turunan yang difluorinasikan. Misalnya aluminium, besi, dan tembaga telah ditentukan dalam logam-campur dengan melarutkan contoh diikuti dengan ekstraksi logam-logamnya ke dalam larutan klorofom dari trifuoroasetilaseton yang kemudian di klamotografikan. Kesalahan-kesalahan relative setingkat 0,2 hingga 3% telah dilaporkan.
Kromatografi gas telah digunakan pada sejumlah besar senyawa-senyawa dalam berbagai bidang. Dalam senyawa organic dan anorganik, senyawa logam, karena persyaratan yang digunakan adalah tekanan uap yang cocok pada suhu saat analisa dilakukan. Berikut akan kita lihat beberapa kegunaan kromatografi gas pada bidang-bidangmya adalah :
a.    Polusi udara
Kromatografi gas merupakan alat yang penting karena daya pemisahan yang digabungkan dengan daya sensitivitas dan pemilihan detektor GLC menjadi alat yang ideal untuk menentukan banyak senyawa yang terdapat dalam udara yang kotor, KGCdipakai untuk menetukan Alkil-Alkil Timbal, Hidrokarbon, aldehid, keton SO , HS, dan beberapa oksida dari nitrogen dan lain-lain.
b.    Klinik
Diklinik kromatografi gas menjadi alat untuk menangani senyawa-senyawa dalam klinik seperti : asam-asam amino, karbohidrat, CO , dan O dalam darah, asam-asam lemak dan turunannya, trigliserida-trigliserida, plasma steroid, barbiturate, dan vitamin.
c.    Bahan – bahan pelapis
Digunakan untuk menganalisa polimer-polimer setelah dipirolisa, karet dan resin-resin sintesis.
d.    Minyak atsiri
Digunakan untuk pengujian kulaitas terhadap minyak permen, jeruk sitrat dan lain-lain.











DAFTAR PUSTAKA

Haryani, Sri dan Agung Tri P. 2004. Kimia Analisis Instrumen. Semarang: UNNES.

Hendayana, Sumar, dkk. 1994. Kimia Analitik Instrument. Semarang: IKIP Semarang Press.



PERTANYAAN

1.    Jelaskan prinsip pemisahan GC!
2.    Apakah gas pembawa itu? Sebutkan syarat-syaratnya!
3.    Sebutkan keuntungan penggunaan kapiler pada GC!
4.    Apa prinsip kerja detektor FID? Fungsi?
5.    Syarat-syarat fase diam pada GC dan pendukung fase diam!
6.    Mengapa suhu kolom harus dikontrol?
7.    Apa maksud suhu terprogram dan gradien temperatur?
8.    Apa keuntungan suhu terprogram dan gradien temperatur?
9.    Sebutkan keuntungan dan kelemahan GC!
10.    Jika zat A pKa: 7,5 dan B pKa : 15 manakah yang keluar lebih dulu pada fase gerak
nonpolar?