KROMATOGRAFI GAS

Oleh : Ida Musfiroh, Msi., Apt.

Skoog, Fundamental of Analytical Chemistry, Eigthth Edition, 2004.

Function

Separation of volatile organic compounds Volatile – when heated, VOCs undergo a

phase transition into intact gas-phase species

Separation occurs as a result of unique equilibria established between the solutes and the stationary phase (the GC column)

An inert carrier gas carries the solutes through the column

Asas Kromatografi Gas

Pemisahan komponen senyawa kimia dengan : - sistem adsorpsi pada fase diam padat (Gas-solid Crhomatography)/ GSC atau...- sistem partisi di antara fase diam cair yang melapisi penyangga padat dan fase gerak gas (Gas-liquid Crhomatography)/GC.

Pemisahan juga dapat terjadi akibat perbedaan titik didih/titik cair/titik leleh.

Parameter analisis

Analisis kualitatif : tR (waktu retensi) pada kondisi kromatografi yang sama.

Analisis kuantitatif : tinggi puncak, area dibawah puncak pada kondisi kromatografi yang sama.

Faktor kritis dlm GC

Resolusi (pemisahan), kecepatan dan kapasitas sampel.

Komponen instrumentasi Gas Pembawa (hrs murni, pengotoran oleh

oksigen merusak kolom dan detektor, menggangu garis dasar kromatogram pada suhu yang diprogram)---- fase gerak

Injektor sampel Oven Kolom Detektor Data sistem

Gas tank

Oven

Column

Injector

Syringe

Detector

Gas Pembawa

Harus bersifat inert Helium (paling umum digunakan), Ar, N2,

H2, O2. Tekanan inlet : 10-50 psi lebih besar dari

tekanan kamar. Kecepatan alir 25-150 mL/menit untuk

kolom pack. Kecepatan alir 1-25 mL/menit untuk kolom

kapiler

Injektor Sampel

Berupa microsyringes . Efisiensi kolom dipengaruhi oleh ukuran

sampel. Kolom Pack : 20 µL Kolom kapiler : 100 kali lebih kecil Injeksi yang lambat dan ukuran sampel yg

berlebihan, menyebabkan band spreading dan pemisahan yang buruk.

Injector

A GC syringe penetrates a septum to inject sample into the vaporization camber

Instant vaporization of the sample, 280 C Carrier gas transports the sample into the

head of the column Purge valve controls the fraction of sample

that enters the column

Splitless (100:90) vs. Split (100:1)

Injector

Syringe

Injector

Syringe

Purge valveopen

Purge valveclosed

GC column GC column

He He

Kolom

2 tipe kolom dalam GC :- Kolom Pack

- Kolom open tubular atau kolom kapiler. Ukuran kolom bervariasi : < 2 m – 50 m

atau lebih. Terbuat dari stainless steel, glass, silika atau

teflon. Ukuran diameter : 10 –30 cm

Pengaruh suhu

Suhu optimum kolom dipilih berdasarkan titik didih sampel dan derajat pemisahan yang diinginkan.

Kolom dilengkapi dengan termostat. Untuk sampel dg range titik didih yang

lebar, membutuhkan Suhu Terprogram. Suhu terprogram : Suhu kolom ditingkatkan

secara bertahap atau disebut dg Pemisahan bertahap.

Jenis Fase diam

Dipilih berdasarkan polaritas sampel.

1. Senyawa polar

Carbowax/PEG 20 M 200°C

DEGS 190°C

2. Non polar

SE-30 350°C

Squalan 100°C

3. Semi polar

OV-17

OV-210

Jenis fase diam-2

Fase diam adalah lemak sehingga dapat meleleh. Ketika meleleh gas pembawa akan membawa komponen analit berdasarkan kepolaran.

Kolom terdiri dari 2 macam : 1. Pack kolom max 5 m 2. Capiler kolom max 100 m (yang sering

dig) Kolom kapiler pembuatannya seperti soft capsul

Jenis fase diam-3

Kolom pack (gelas bersilika) – rapuh tetapi inert shg

- jika ada zat-zat bersifat korosif (spt fenol) dlm sampel tdk diganggu

oleh kolom.

- kerusakan kolom akan terlihat (hitam dan pecah-pecah)- permeabilitasnya tinggi dan dpt dig. Kolom

panjang dan atau kecepatan fase gerak tinggi

Macam-macam detektor dlm GC

FID (Flame Ionization Detector) , paling umum digunakan dlm bid. Farmasi. Kelemahan : semua terdeteksi termasuk pelarut

FTD (Flame Thermal Detector) (N,P) FPD : untuk pestisida organofosfat karbamat. (senyawa

fosfor dan Nitrogen shg yg akan terdeteksi adl seny yg memp. gugus P dan sulfur)

ECD (Electron Capture Detector) (untuk pestisida organoklorin) shg tdk boleh menggunakan pelarut kloroform. misal : DDT, aldrin, dieldrin

TCD (Thermal Capture detector) (untuk isolasi senyawa ,krn dpt ditampung) (paling tdk sensitif)

Karakteristik detektor yang ideal

Harus memiliki sensitivitas yg tinggi Stabilitas dan reproodusibilitas yang baik. Respon linier thd zat terlarut Mempunyai range suhu : suhu kamar – minimal

400°C. Waktu respon yang pendek, tdk tergantung dari

kecepatan alir. Realibilitas tinggi dan mudah digunakan. Tdk merusak sampel. Kesamaan respon pd semua sampel.

Pengaturan kondisi alat -1

1. Nyalakan alat sekaligus temperatur harus diatur 30°C diatas suhu analisis.

2. Nyalakan gas pembawa, biarkan selama 30 menit.

Penerapan GC

Untuk senyawa yang kurang stabil pada suhu tinggi atau sifat atsirinya rendah dapat diperbaiki sifat-sifatnya dengan derivatisasi.

Pada derivatisasi semua gugus fungsi yang relevan harus dapat terderivat secara kuantitatif.

Teknik Sililasi : mengurangi antaraksi dipol-dipol serta menambah keatsirian

Penderivat

Pereaksi yang banyak digunakan untuk sililasi : N,O bis (trimetilsilil) trifluoroasetamida, BSTFA, TMCS, TMSDEA.

Gugus polar –OH, -COOH, -NH2, =NH, dan –SH dapat diubah menjadi gugus silil

-O-Si(CH3)3 dengan pereaksi BSTFA atau BSA.

Penderivat

Kemudahan sililasi gugus fungsi adalah :

alkohol>fenol>asam karboksilat>amin>amida.

Sedangkan alkohol : alkohol primer>sekunder>tersier

dan pada amin : amin primer > amin sekunder

Menentukan kondisi analisis campuran

Misal : Kita akan memisahkan campuran Caryophyllen (c), kamfer (k) dan mentol (m)

(c) = 140°C --- C=C (ikatan rangkap)(k) = 160°C --- C=O (keton)

(m) = 110°C --- OH (alkohol tersier)Suhu maksimum sampel 160°CJika dilihat dari sifat kepolaran : (c)>(k)>(m)

Penyelesaian : analisis campuran

Jika yang digunakan kolom polar (carbowax) maka seny. Polar akan lebih lama tertahan dlm kolom : m– k – c

Jika yang digunakan kolom non polar

c—k—m

Pelarut yang sering digunakan : heksan atau kloroform (penguapan sepat dan merata)– kurva menyempit dan simetris.

Peneyelesaian : Kondisi instrumentasi

Detektor : FID Kolom dipilih PEG 200°C (dipilih kolom

yang mempunyai selisih 30°C antara titik leleh kolom dg suhu analisis.

Suhu kolom : 160°C Suhu injektor : 160°C Suhu detektor 190°C : 30°C + suhu kolom Aliran gas 60 mL/menit

Soal untuk dibahas dalam diskusi

Jika terdapat sampel yang mengandung Senyawa (A) fenol, (B) Organoklorin, (C) senyawa amin. struktur ditulis di papan tulis

Pertanyaan :1. Bagaimana jika dianalisis menggunakan

detektor FID, TCD, FTD dan FPD, ECD senyawa apa saja yang dpt terdeteksi dg masing-masing detektor tersebut? berikan alasannya.

GC-Mass Spectrometry

GC-MS

One of the most powerful detectors for gas Chromatography is the mass spectrometer.

The combination of gas chromatography and mass spectrometer is known as GC/MS.

Mass spectrometer measure the mass-to-charge ratio (m/z) of ions that have been produced from the sample.

GC-MS

Molecul-Mass spectrometer : sampel molecules enter the mass spectrometer through an inlet system.

In the case of GC, the sample in in the form of vapor, and the inlet must interface between the atmospheric pressure GC system and the low pressure mass spectrometer system.

An elaborate vacuum system is needed to maintain the low pressure.

In the mass spectrometer, sample molecules enteran ionization source, which ionizes the sample.

The ionization sources for molecules mass spectrometry are energetic enough to break chemical bonds in the sample molecules but not so energetic as to decompose the sample molecules into their constituent atoms.

The ionization sources in GC/MS produce fragments, which can also ionized : molecule ions

The mass spectrum of simple molecule : CO2 : Breaking a C-O bond in the molecular ion leads to CO+ (m/z = 28) and O+ (m/z=16), C+ (m/z = 12)