Kromatografi Gas

Prinsip Kerja Kolom pada Kromatografi Gas

Oleh Anissa Permatadietha Ardiellaputri, 1006661203 (Kelompok 3)

Dasar pemisahan secara kromatografi gas adalah penyebaran cuplikan di antara dua

fasa. Dalam kromatografi gas, fase bergerak atau mobile phase adalah pembawa gas, biasanya

gas inert seperti helium atau gas yang tidak reaktif seperti nitrogen. Fase stasioner

mikroskopis cairan atau lapisan polimer pada dukungan solid inert, dalam sepotong tabung

kaca atau logam yang disebut kolom. Alat yang digunakan untuk melakukan kromatografi gas

disebut gas kromatograf (aerograph atau gas pemisah).

Gambar 1. Instrumen kromatografi gas

(Sumber. www. chem-is-try.org, diakses pada tanggal 17 Juli 2011, pukul 19.23)

Bila fasa diam yang dipakai bersifat polar maka zat-zat yang bersifat nonpolar akan

terpisah terlebih dahulu karena zat yang bersifat polar terikat kuat pada fasa diam (kolom).

Sebaliknya bila fasa diam yang dipakai bersifat nonpolar maka zat-zat yang bersifat polar

akan terpisah terlebih dahulu dan zat yang bersifat nonpolar akan terikat kuat oleh fasa diam.

I. Tipe-tipe kolom pada kromatograf

Kolom merupakan tempat terjadinya proses pemisahan karena di dalamnya terdapat fase

diam. Oleh karena itu, kolom merupakan komponen sentral pada GC. Bentuk dari kolom

dapat lurus, bengkok (berbentuk V atau W), dan kumparan atau spiral. Biasanya bentuk dari

kolom adalah kumparan. Kolom selalu berbentuk tabung. Tabung ini dapat terbuat dari :

Tembaga (murah dan mudah diperoleh)

Plastik (teflon), dipakai pada suhu yang tidak terlalu tinggi.

Kimia Analitik 1

Kromatografi Gas

Baja (stainless steel), (mahal)

Alumunium atau kaca

Ada 2 jenis kolom pada kromatografi gas yaitu kolom kemas (packed column) dan kolom

kapiler (open tubular column/capillary column).

a. Kolom kemas (packed column)

Kolom kemas terbuat dari stainless steel atau gelas dengan garis tengah 3-6 mm dan

panjang 1-5 m. Kolom diisi dengan serbuk zat padta halus atau zat padat sebagai zat

pendukung yang dilapisi zat cair kental yang sukar menguap sebagai fasa diam. Jenis

kolom pak ini lebih disukai untuk tujuan preparative karena dapat menampung

jumlah cuplikan yang banyak.

b. Kolom kapiler (open tubular column/capillary column)

Kolom terbuka (kolom kapiler) lebih panjang dan lebih kecil

daripada kolom pak. Diameter kolom terbuka berkisar antara 0,1-

0,7 mm dan panjangnya berkisar antara 15-100 m. Untuk

mempermudah penyimpanannya, biasanya kolom terbuka dibentuk

spiral dengan garis tengah 18 cm.

Tabel 1. Perbedaan Kolom kemas dan kolom kapiler

Parameter Kolom kemas Kolom kapiler

Tabung Baja tahan karat

(stainless steel)

Silika (SiO3) dengan kemurnian

tinggi (kandungan logam < 1 ppm)

Panjang 1 - 5 m 5 - 60 m

Diameter dalam 2 – 4 mm 0,1 – 0,53 mm

Jumlah lempeng/meter 1000 5000

Total lempeng 5000 300.000

Tebal lapisan lilin 10 mikron 0,05 - mikron

Resolusi rendah Tinggi

Kecepatan aliran (mL/mnt) 10-60 0,5 – 1,5

Kapasitas 10 µg /puncak <100 µg /puncak

Kolom pak mengandung zat cair kental yang sukar menguap yang dilapiskan pada

partikel yang tidak bereaksi yang disebut zat padat pendukung. Zat padat pendukung harus

berupa partikel halus, kuat dan berbentuk sama serta memiliki luas permukaan besar serta

tidak boleh berinteraksi dengan solut. Fasa diam yang sering digunakan dalam kromatografi

Kimia Analitik 2

Kromatografi Gas

gas berbentuk zat cair kental yang sukar menguap. Jumlah fasa diam yang digunakan

dinyatakan dalam persen zat padat pengdukung. Jumlah yang umum berkisar antara 2-10%,

jika fasa diam melebihi 30% dari zat padat pendukung maka efisiensi kolom mulai berkurang.

Gambar 2. Jenis kolom kromatografi gas

(Sumber. www.kimorunpad.110mb.com, diakses pada tanggal 17 Juli 2011, pukul 21.02)

II. Fase diam (stationary phase)

Fasa stasioner dalam GC adalah cairan, tetapi cairan itu tidak boleh dibiarkan bergerak-

gerak di dalam tabung. Pada GC, fase cair diam dilapiskan atau terikat pada bahan

pendukung. Pada kolom kemasan konvensional, fase cair diam disertakan ke partikel-partikel,

sedang pada kolom kapiler menjadi dinding bagian dalam dari tabung. Fungsi dari bahan

pendukung padat adalah untuk menahan fase diam dalam bentuk merata dengan baik untuk

menyediakan bidang sentuhan seluas mungkin antara gas dan fase cair, sehingga dapat terjadi

partisi antara fase gas bergerak dan fase cair diam. Contoh sejumlah bahan pendukung yang

tepat adalah diatomite (diatomaceous earth, Kieselguhr), , bubuk flourcarbon dan karbon

hitam grafit. Lebih dari 90% dari kemasan kolom GC menggunakan diatomaceous earth

(tanah diatomae) yang terdiri dari tulang/rangka diatom, alga sel tunggal.

Pemilihan fase cair (fase diam untuk GC) mengikuti aturan umum dari fase cair yang

serupa untuk sampel yang serupa. Dengan begitu seseorang memilih fase diam non-polar

untuk sampel non-polar dan fase diam polar untuk sampel polar.

III. Temperatur kolom (column temperature)

Suhu kolom yang terdapat dalam oven, dikendalikan secara elektronis. Tingkat di mana

sampel melewati kolom berbanding lurus dengan temperatur kolom. Semakin tinggi suhu,

semakin cepat sampel bergerak melalui kolom. Namun, sampel bergerak lebih cepat melalui

kolom, semakin sedikit berinteraksi dengan fase diam, maka pemisahan kurang maksimal.

Kimia Analitik 3

Kromatografi Gas

Temperatur kolom dapat bervariasi antara 50 oC sampai 250 oC. Temperatur kolom lebih

rendah daripada gerbang injeksi pada oven, sehingga beberapa komponen campuran dapat

berkondensasi pada awal kolom. Mengurangi suhu kolom akan menghasilkan tingkat terbesar

pemisahan, tetapi dapat mengakibatkan waktu retensi menjadi sangat panjang. Kolom akan

memulai pada temperatur rendah dan kemudian terus menerus menjadi lebih panas dibawah

pengawasan komputer saat analisis berlangsung (temperature programming).

IV. Proses pemisahan pada kolom kromatografi gas

Cara kerja kromatografi gas adalah larutan yang akan dianalisis dimasukkan ke dalam

mulut kolom (injeksi). Komponen-komponen berdistribusi diantara dua fasa. Penambahan

fasa gerak (eluen) berfungsi untuk mendesak pelarut yang mengandung bagian cuplikan turun

ke bawah bagian kolom. Oleh karena itu, perpindahan komponen hanya dapat terjadi dalam

fasa gerak. Kecepatan rata-rata perpindahan suatu komponen tergantung pada waktu yang

diperlukan fasa itu, yaitu ada komponen yang suka berada dalam fasa diam dan ada

komponen yang suka berada pada fasa gerak. Perbedaan sifat ini menyebabkan komponen-

komponen campuran memisah. Bila suatu detektor yang peka terhadap komponen-komponen

tersebut ditempatkan di ujung kolom, maka sinyalnya diplot sebagai fungsi waktu dan akan

diperoleh sejumlah waktu. Plot ini disebut dengan kromatogram yang berguna untuk analisis

kualitatif dan kuantitatif.

Ada beberapa kemungkinan yang terjadi pada analit (molekul tertentu) ketika

diinjeksikan ke dalam kolom. Kemungkinan yang pertama ialah molekul dapat berkondensasi

pada fase diam. Senyawa yang mempunyai titik didih yang lebih tinggi dari temperatur kolom

secara jelas cenderung akan berkondensasi pada bagian awal kolom. Namun, beberapa bagian

dari senyawa tersebut akan menguap kembali dengan dengan jalan yang sama seperti air yang

menguap saat udara panas, meskipun temperatur dibawah 100 oC. Peluangnya akan

berkondensasi lebih sedikit selama berada didalam kolom.

Kemungkinan berikutnya ialah molekul tersebut larut dalam cairan pada permukaan fase

diam. Untuk beberapa molekul dapat larut dalam fase diam cair. Beberapa senyawa akan

lebih mudah larut dalam cairan dibanding yang lainnya. Proses dimana zat membagi dirinya

menjadi dua pelarut yang tidak bercampurkan karena perbedaan kelarutan,. Senyawa yang

lebih mudah larut akan menghabiskan waktunya untuk diserap pada fase diam, sedangkan

senyawa yang suka larut akan menghabiskan waktunya lebih banyak dalam fase gas.

Dalam sistem kromatografi, proses terbawanya komponen dalam suatu campuran oleh

fasa gerak dari ujung atas (awal) kolom sampau dengan ujung bawah (akhir) kolom disebut

Kimia Analitik 4

Kromatografi Gas

dengan waktu retensi (retention time). 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 sehingga tidak akan lama tertambatkan. Temperatur

kolom yang tinggi mempersingkat waktu retensi untuk segala sesuatunya di dalam

kolom.

Untuk suatu kolom, waktu yang diperlukan oleh suatu komponen untuk

bermigrasi, sangat bergantung pada kesetimbangan distribusi komponen

itu.

K=C s

CM

Suatu komponen akan mengalami migrasi dalam kolom apabila komponen itu berada fasa

gerak, sehingga laju migrasi komponen (v) merupakan fraksi kecepatan linier fasa gerak (u)

yang secara matematis dapat dinyatakan:

v=u ×( tR

tM)

Fraksi waktu komponen yang dihabiskan untuk berada dalam fasa gerak (tR/tM) akan sama

dengan rasio jumlah mol rata-rata komponen yang berada dalam fasa gerak terhadap jumlah

mol total komponen dalam kolom, sehingga dengan mempertimbangkan koefisien distribusi K

= CS/CM, hubungan antara waktu retensi dengan koefisien distribusi dapat dinyatakan sebagai:

1tR

= 1tM

×1

[1+K ( V S

V M)]

Kimia Analitik 5

...(1)

...(2)

...(3)

Kromatografi Gas

Waktu retensi tergantung pada panjang dan diameter kolom, jenis dan jumlah dari fasa cair,

suhu kolom, kecepatan aliran dan jenis dari gas pengangkut.

DAFTAR PUSTAKA

D.A. Skoog, et.al.,Fundamental of Analytical Chemistry, 7th.ed., Saunders College

Publishing, 1996.

Day R.A. dan A.L. Underwood. 1986. Analisis Kimia Kuantitatif. Jakarta : Erlangga

Khophar S.M. 2003. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : UI-Press

Anonim. “Kromatografi Gas-Cair”. http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kromatografi_

gas-cair/ (diakses pada tanggal 17 Juli 2011, pukul 19.23)

Anonim. “Penggunaan Kromatografi Gas-Cair Untuk Menganalisis Pestisida Metidation Pada

Tomat”. http://kimorunpad.110mb.com/kfa/KROMATOGRAFI%20GAS.pdf (diakses

pada tanggal 17 Juli 2011, pukul 21.02)

Anonim. “Prinsip Kerja Kromatograsi Gas”. http://catatankimia.com/catatan/tag/prinsip-

kerja-kromatografi-gas (diakses pada tanggal 18 Juli 2011, pukul 16.44)

Kimia Analitik 6