KROMATOGRAFI GASKROMATOGRAFI GAS

Oleh : Ida Musfiroh, Msi., Apt.Oleh : Ida Musfiroh, Msi., Apt.

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

FunctionFunction

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

phase transition into intact gas-phase phase transition into intact gas-phase speciesspecies

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

An inert carrier gas carries the solutes An inert carrier gas carries the solutes through the columnthrough the column

Asas Kromatografi GasAsas Kromatografi Gas

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

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

Parameter analisisParameter analisis

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

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

Faktor kritis dlm GCFaktor kritis dlm GC

Resolusi (pemisahan), kecepatan dan Resolusi (pemisahan), kecepatan dan kapasitas sampel. kapasitas sampel.

Komponen instrumentasiKomponen instrumentasi Gas Pembawa (hrs murni, pengotoran oleh Gas Pembawa (hrs murni, pengotoran oleh

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

Injektor sampelInjektor sampel OvenOven KolomKolom DetektorDetektor Data sistemData sistem

Gas tank

Oven

Column

Injector

Syringe

Detector

Gas PembawaGas Pembawa

Harus bersifat inertHarus bersifat inert Helium (paling umum digunakan), Ar, NHelium (paling umum digunakan), Ar, N22, ,

HH22, O, O22.. Tekanan Tekanan inlet : inlet : 10-50 psi lebih besar dari 10-50 psi lebih besar dari

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

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

kapilerkapiler

Injektor SampelInjektor Sampel

Berupa Berupa microsyringes microsyringes .. Efisiensi kolom dipengaruhi oleh ukuran Efisiensi kolom dipengaruhi oleh ukuran

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

berlebihan, menyebabkan berlebihan, menyebabkan band spreadingband spreading dan pemisahan yang buruk.dan pemisahan yang buruk.

InjectorInjector

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

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

head of the columnhead of the column Purge valve controls the fraction of sample Purge valve controls the fraction of sample

that enters the columnthat enters the column

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

Injector

Syringe

Injector

Syringe

Purge valveopen

Purge valveclosed

GC column GC column

He He

KolomKolom

2 tipe kolom dalam GC :2 tipe kolom dalam GC :- Kolom - Kolom PackPack

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

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

teflon.teflon. Ukuran diameter : 10 –30 cmUkuran diameter : 10 –30 cm

Pengaruh suhuPengaruh suhu

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

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

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

secara bertahap atau disebut dg Pemisahan secara bertahap atau disebut dg Pemisahan bertahap.bertahap.

Jenis Fase diamJenis Fase diam

Dipilih berdasarkan polaritas sampel.Dipilih berdasarkan polaritas sampel.

1.1. Senyawa polar Senyawa polar

Carbowax/PEG 20 M 200Carbowax/PEG 20 M 200°C°C

DEGS 190°CDEGS 190°C

2. Non polar 2. Non polar

SE-30 350°CSE-30 350°C

Squalan 100°CSqualan 100°C

3. Semi polar3. Semi polar

OV-17OV-17

OV-210OV-210

Jenis fase diam-2Jenis fase diam-2

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

Kolom terdiri dari 2 macam : Kolom terdiri dari 2 macam : 1. Pack kolom max 5 m1. Pack kolom max 5 m 2. Capiler kolom max 100 m (yang sering 2. Capiler kolom max 100 m (yang sering

dig)dig) Kolom kapiler pembuatannya seperti soft capsulKolom kapiler pembuatannya seperti soft capsul

Jenis fase diam-3Jenis fase diam-3

Kolom pack (gelas bersilika) – rapuh tetapi Kolom pack (gelas bersilika) – rapuh tetapi inert shg inert shg

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

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

panjang dan atau kecepatan fase gerak tinggipanjang dan atau kecepatan fase gerak tinggi

Macam-macam detektor dlm GCMacam-macam detektor dlm GC

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

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

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

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

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

Karakteristik detektor yang idealKarakteristik detektor yang ideal

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

400400°C.°C. Waktu respon yang pendek, tdk tergantung dari Waktu respon yang pendek, tdk tergantung dari

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

Pengaturan kondisi alat -1Pengaturan kondisi alat -1

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

2.2. Nyalakan gas pembawa, biarkan selama Nyalakan gas pembawa, biarkan selama 30 menit.30 menit.

Penerapan GCPenerapan GC

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

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

Teknik Sililasi : mengurangi antaraksi Teknik Sililasi : mengurangi antaraksi dipol-dipol serta menambah keatsiriandipol-dipol serta menambah keatsirian

PenderivatPenderivat

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

Gugus polar –OH, -COOH, -NHGugus polar –OH, -COOH, -NH22, =NH, , =NH,

dan –SH dapat diubah menjadi gugus silil dan –SH dapat diubah menjadi gugus silil

-O-Si(CH-O-Si(CH33))33 dengan pereaksi BSTFA atau dengan pereaksi BSTFA atau

BSA. BSA.

PenderivatPenderivat

Kemudahan sililasi gugus fungsi adalah :Kemudahan sililasi gugus fungsi adalah :

alkohol>fenol>asam alkohol>fenol>asam karboksilat>amin>amida.karboksilat>amin>amida.

Sedangkan alkohol : alkohol Sedangkan alkohol : alkohol primer>sekunder>tersier primer>sekunder>tersier

dan pada amin : amin primer > amin sekunder dan pada amin : amin primer > amin sekunder

Menentukan kondisi analisis Menentukan kondisi analisis campurancampuran

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

(c) = 140(c) = 140°C --- C=C (ikatan rangkap)°C --- C=C (ikatan rangkap)(k) = (k) = 160160°C --- C=O (keton)°C --- C=O (keton)

(m) = (m) = 110110°C --- OH (alkohol tersier)°C --- OH (alkohol tersier)Suhu maksimum sampel Suhu maksimum sampel 160160°C°CJika dilihat dari sifat kepolaran : (c)>(k)>(m)Jika dilihat dari sifat kepolaran : (c)>(k)>(m)

Penyelesaian : analisis campuranPenyelesaian : analisis campuran

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

Jika yang digunakan kolom non polarJika yang digunakan kolom non polar

c—k—m c—k—m

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

Peneyelesaian : Kondisi Peneyelesaian : Kondisi instrumentasiinstrumentasi

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

yang mempunyai selisih yang mempunyai selisih 3030°C antara titik °C antara titik leleh kolom dg suhu analisis.leleh kolom dg suhu analisis.

Suhu kolom : 160Suhu kolom : 160°C°C Suhu injektor : Suhu injektor : 160160°C°C Suhu detektor Suhu detektor 190190°C : 30°C + suhu kolom°C : 30°C + suhu kolom Aliran gas 60 mL/menit Aliran gas 60 mL/menit

Soal untuk dibahas dalam diskusiSoal untuk dibahas dalam diskusi

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

Pertanyaan :Pertanyaan :1. Bagaimana jika dianalisis menggunakan 1. Bagaimana jika dianalisis menggunakan

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

GC-Mass SpectrometryGC-Mass Spectrometry

GC-MSGC-MS

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

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

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

GC-MSGC-MS

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

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

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

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

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

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

The mass spectrum of simple molecule : The mass spectrum of simple molecule : COCO22 : Breaking a C-O bond in the : Breaking a C-O bond in the

molecular ion leads to COmolecular ion leads to CO++ (m/z = 28) and (m/z = 28) and OO++ (m/z=16), C (m/z=16), C++ (m/z = 12) (m/z = 12)