Laporan GC

PENENTUAN KOMPONEN DALAM SAMPEL PERTAMAKS,PREMIUM,DAN PERTAMAKS PLUS DENGAN MENGGUNAKAN GC (GAS CHROMATOGRAPHY)

Tanggal Praktikum : 5 Maret 2012

A. Tujuan Praktikum

1. Mengenal cara pengoperasian instrument GC 2. Memahami cara kerja instrumen GC untuk analisis kualitatif  3. Menentukan beberapa kmponen dalam sampel premium,pertamaks,dan

 pertamaks plus

B. Tinjauan Pustaka

Kromatografi merupakan salah satu metode pemisahan komponenkomponen campuran di mana cuplikan berkesetimbangan di antara dua fasa,fasa gerak yang membawa cuplikan dan fasa diam yang menahan cuplikan secara selektif. Selain untuk pemisahan,kromatografi juga berguna untuk analisis kualitatif atau analisis kuantitatif yang cepat (beberapa menit) dan memerlukan sedikit cuplikan (beberapa mikroliter). (Sumar Hendayana.1994:243) Dalam proses kromatografi selalu terdapat salah s alah satu kecenderungan yaitu: 1. Molekul-molekul komponen untuk melarut dalam cairan (partisi), 2. Molekul-molekul komponen untuk melekat pada permukaan padatan halus (adsorbsi/penyerapan), 3. Molekul-molekul komponen untuk bereksi secara kimia (penukar ion), 4. Molekul-molekul tereksklusi pada pori-pori fasa diam. Pemisahan

dengan

kromatografi

didasarkan

pada

perbedaan

kesetimbangan komponen-komponen campuran di antara fasa gerak (fasa mobil) dan fasa diam. Kesetimbangan ini dapat dijelaskan secara kuantitatif dengan istilah koefisien partisi partisi,K,yang ,K,yang untuk kromatografi dirumuskan sebagai: K=



(1)



1

Dengan C s menyatakan konsentrasi (molar) komponen di dalam fasa diam dan CM menyatakan konsentrasi (molar) komponen di dalam fasa gerak. Dalam keadaan ideal,perbandingan partisi adalah tetap dalam rentang konsentrasi komponen yang luas;jadi C s  berbanding lurus dengan C M. kadang-kadang hubungan tak lurus (non linear) ditemukan. Beberapa jenis kurva distribusi ditunjukkan dalam gambar 1.

A B

Cs

D

C

O

CM Gambar 1. Kurva distribusi Hubungan ideal,ditunjukkan oleh kurva C dalam gambar 1. Umumnya disebabkan oleh kesetimbangan distribusi diantara dua zat cair yang tak   bercampur dan tidak terjadi terj adi reaksi asosiasi as osiasi atau disosiasi dalam salah satu pelarut. Bila terjadi reaksi maka hubungannya diperlihatkan oleh kurva B atau D. Contoh,bila fasa diamnya air dan fasa geraknya benzen,kurva seperti B teramati untuk komponen yang terdiri dari asam organik lemah. Hanya asam tak  terdisosiasi larut dalam benzen. Akan tetapi,dalam air terdapat asam tak  terdisosiasi dan basa konjugasinya dalam jumlah yang cukup besar,lagi pula  perbandingan zat-zat ini tergantung pada konsentrasinya. Pada konsentrasi rendah  bagian yang lebih kecil dari total asam terdistribusi di antara dua pelarut,dan  perbandingan partisi akan lebih besar dari semula. Kalau air sebagai fasa gerak  maka kurva D akan terjadi. Kurva B umumnya terjadi di dalam kesetimbangan gas-cair;di mana gas sebagai fasa gerak. (Hendayana,1994:244)

2

Kurva A adalah jenis adsorbsi isoterm,yang menunjukkan jumlah komponen teradsorbsi pada permukaan zat padat terhadap konsentrasi komponen dalam larutan yang berkontak dengan zat padat. Pada konsentrasi komponen yang tinggi,semua tempat adsorbsi pada permukaan zat padat ditempati;adsorbsi selanjutnya menjadi tak tergantung konsentrasi komponen. Kurva jenis ini dapat dijelaskan oleh hubungan:  Cs = 

dengan n menyatakan tetapan. Persamaan ini sama dengan persamaan (1) bila n=1. (Hendayana,1994:245) Gambaran macam fasa gerak,fasa diam serta prinsip pemisahan serta  prinsip pemisahan pada kromatografi terdapat pada tabel di bawah ini. Tabel 1. Macam fasa gerak,fasa diam,serta prinsip pemisahan Fasa

Fasa

Gerak 

Diam

1.

Gas

2. 3.

 No.

4.

Pengembangan

Mekanisme

Teknik 

Cairan

Adsorpsi,partisi

Kolom

Elusi,teknik 

Gas

Padatan

Adsorpsi

Kolom

frontal,teknik 

Cairan

Cairan

Partisi

Kolom,planar   pendesakan,dan

Cairan

Padatan

Adsorpsi,penukar  Kolom,planar  elusi

Sampel

 bergradien

ion,eksklusi

Salah satu jenis kromatografi adalah kromatografi gas. Kromatografi gas adalah suatu proses dimana suatu campuran dipisahkan menjadi yang konstituen oleh fasa gas yang bergerak melewati sebuah sorben stasioner. Teknik  yang

dilakukan

mirip

dengan

kromatografi

cair-cair

kecuali

bahwa

fase gerak yang berupa zat cair digantikan oleh fasa gas yang bergerak. Kromatografi gas dibagi menjadi dua kategori utama: kromatografi gascair,dimana pemisahan terjadi dengan partisi sampel antara fasa gerak berupa gas dan lapisan tipis cairan non-volatil non-volatil yang dilapiskan

pada suatu pendukung pendukung

inert,dan kromatografi gas-padat, yang mempergunakan zat padat sebagai fasa diam. (G.H.Jeffery et.al .1989:235) .1989:235)

3

Kromatografi gas merupakan salah satu teknik pemisahan yang bisa digunakan untuk memisahkan senyawa-senyawa organik. Senyawa-senyawa tersebut harus mudah menguap dan stabil (tidak terjadi penguraian dan perubahan struktur senyawa/komponen yang akan dipisahkan) pada temperatur pengujian. Senyawa yang sukar menguap atau tidak stabil juga dapat diukur tetapi harus melalui proses derivatisasi terlebih dahulu. Contohnya lemak yang dihidrolisis menjadi asam lemak yang akan diesterifikasi dengan pelarut etanol atau methanol dan katalis BF3 membentuk ester yang mudah menguap. 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 relatif cepat dan sensitifitasnya tinggi. Fase gas dibandingkan sebagian besar fase cair  tidak bersifat reaktif terhadap fase diam dan zat-zat terlarut. Selain itu keuntungan menggunakan kromatografi gas adalah analisa cepat, resolusi baik, bahkan komponen dengan titik didih  berdekatan mampu dipisahkan dimana pemisahan dengan destilasi biasa tidak dapat dilakukan. Kekurangan kromatografi gas adalah bahwa ia tidak mudah dipakai untuk  memisahkan campuran dalam jumlah besar. Pemisahan pada tingkat (mg) mudah dilakukan,  pemisahan campuran pada tingkat (g) mungkin dilakukan, tetapi pemisahan dalam tingkat pon atau ton sukar dilakukan kecuali jika tidak ada metode lain. Selain itu teknik ini terbatas untuk zat yang mudah menguap. Seperti kita ketahui bahwa gas selalu bergerak ke mana saja,tidak mau diam. Oleh karena itu untuk melakukan percobaan kromatografi gas diperlukan peralatan khusus. Untuk  memahami bagaimana proses kromatografi gas berlangsung,perhatikanlah diagram alat kromatografi gas dalam gambar 2.

4

Gambar 2. Diagram alat kromatografi gas Mekanisme kerja kromatografi gas adalah sebagai berikut. Gas dalam silinder baja  bertekanan tinggi dialirkan melalui kolom yang berisi fasa diam. Cuplikan berupa campuran yang akan dipisahkan,biasanya dalam bentuk larutan,disuntikkan kedalam aliran gas tersebut. Kemudian cuplikan dibawa oleh gas pembawa ke dalam kolom dan di dalam kolom terjadi  proses pemisahan. Komponen-komponen campuran yang telah terpisahkan satu persatu meninggalkan kolom. Suatu detektor diletakkan di ujung kolom untuk mendeteksi jenis maupun  jumlah tiap komponen campuran. Hasil pendeteksian direkam oleh rekorder dan dinamakan kromatogram yang terdiri dari beberapa peak. Jumlah peak yang dihasilkan menyatakan jumlah komponen (senyawa) yang terdapat dalam campuran. Bila suatu kromatogram terdiri dari lima  peak maka terdapat lima senyawa atau lima komponen dalam campuran tersebut. (Sumar  Hendayana.2006:32) Output dari kromatografi modern adalah kromatogram,berupa peak-peak yang menggambarkan komponen-komponen dalam campuran yang dipisahkan. Peak-paeak yang muncul diharapkan berbentuk simetri daan runcing sehingga tidak tumpang tindih satu dengan lainnya (pemisahannya efektif). Akan tetapi,kadang-kadang peak yang muncul melebar bahkan tidak simetri. Faktor-faktor yang menyebabkan terjadinya pelebaran peak kromatogram (Band Broadening) antara lain: 1. Difusi Eddy Di dalam kolom kromatografi modern terdapat partikel-partikel zat padat sebagai fasa diam. Kadang-kadang ukuran partikel pengisi kolom tidak merata. Dengan demikian celah-celah yang mungkin dilalui molekul-molekul solut menjadi bervariasi,ada celah yang

5

 besar dan ada celah yang kecil. Sebagian melewati jalan terpendek sehingga keluar dari kolom lebih cepat,sebagian melewati jalan panjang sehingga keluar dari kolom lebih lama. Perbedaan waktu tempuh molekul-molekul tercepat dan molekul-molekul terlambat menyebabkan adanya pelebaran peak. Akibat perbedaan waktu kedatangan di detektor  menyebabkan peak kromatogram melebar atau kurang efisien. Mekanisme ini dinamakan Difusi Eddy (Eddy diffusion).

Gambar 3. Difusi Eddy. Kolom berisi partikel yang tidak merata ukuran dan bentuknya.

Untuk mencegah band broadening yang disebabkan oleh faktor difusi Eddy maka ukuran partikel fasa diam harus merata. 2. Difusi Longitudinal Molekul-molekul solut berkecenderungan untuk berdifusi ke segala arah. Semakin lama solut berada dalam kolom maka semakin besar pula kecenderungan berdifusi dan hal ini mengakibatkan melebarnya peak kromatogram. Mekanisme ini dinamakan difusi longitudinal (longitudinal diffusion). Difusi longitudinal terutama terjadi pada kromatografi gas karena difusi dalam gas 104 lebih cepat daripada dalam zat cair.

Gambar 4. Difusi longitudinal

6

3. Transfer Massa Sebagian molekul solut berada dalam fasa gerak dan sebagian lagi berada dalam fasa diam. Bila fasa gerak mengalir secara cepat sementara sebagian molekul-molekul solut tidak  dapat keluar dari fasa diam secara cepat maka sebagian solut terlambat meninggalkan kolom. Hal ini mengakibatkan melebarnya peak kromatogram sekaligus membuat  pemisahan tidak efisien. Mekanisme ini dinamakan transfer massa (mass transfer). (Sumar  Hendayana.2006: 21-24)

Instrumentasi Kromatografi Gas

Gambar 5. Alat Kromatografi Gas Tipe Shimadzu- 2010 Dalam kromatografi gas, gas digunakan sebagai fasa gerak dan zat padat atau zat cair digunakan sebagai fasa diam.

7

Gambar 6. Diagram Alat Kromatografi Gas Mekanisme kerja kromatografi gas adalah sebagai berikut. Gas dalam silinder baja  bertekanan tinggi dialirkan melalui kolom yang berisi fasa diam. Cuplikan berupa campuran yang akan dipisahkan, biasanya dalam bentuk larutan, disuntikkan ke dalam aliran gas tersebut. Kemudian cuplikan dibawa oleh gas pembawa ke dalam kolom dan di dalam kolom terjadi proses pemisahan. Komponen-komponen campuran yang telah terpisahkan sati persatu meninggalkan kolom. Suatu detektor  diletakkan di ujung kolom untuk mendeteksi jenis maupun jumlah tiap komponen campuran. Hasil pendeteksian direkam dengan rekorder dan dinamakan kromatogram yang terdiri dari beberapa peak. Jumlah peak yang dihasilkan menyatakan jumlah komponen (senyawa) yang terdapat dalam campuran. Sedangkan luas peak bergantung pada kuantitas suatu komponen dalam campuran. 1. Gas Pembawa

Gas yang dapat digunakan sebagai fasa gerak dalam kromatografi gas harus bersifat inert (tidak bereaksi) dengan cuplikan maupun dengan fasa diam. Gas-gas yang biasa digunakan adalah gas helium, argon, nitrogen, dan hidrogen. Karena gas disimpan dalam silinder baja bertekanan tinggi maka gas tersebut akan mengalir dengan sendirinya secara cepat sambil membawa komponen-komponen campuran yang akan atau yang sudah dipisahkan. Dengan demikian, gas tersebut disebut juga gas pembawa (carrier gas). Oleh

8

karena gas pembawa mengalir dengan cepat maka pemisahan dengan teknik  kromatografi gas hanya memerlukan waktu beberapa menit saja. Ketika gas pembawa tersebut hampir memberikan harga HETP yang sama tapi pada kecepatan alir yang berbeda. Gas N 2 memerlukan kecepatan alir yang lambat (10 cm/detik) untuk mencapai kinerja (efisiensi) yang optimum 25 cm/detik untuk gas He dan 35 cm/detik. Terlihat bahwa kinerja H2 berkurang sedikit demi sedikit dengan kenaikan kecepatan alir. Sehingga kinerja N2 berkurang secara drastis dengan kenaikan laju alir. Hal ini berarti  bahwa H2 dapat memberikan resolusi yang hampir sama dengan yang lain  pada laju alir yang lebih cepat. Oleh karena solut berdifusi lebih cepat melalui H2 dan He daripada melalui N2 maka H2 dan He memberikan resolusi yang lebih baik pada kecepatan alir tinggi. Hal ini sesuai dengan mekanisme perjalanan solut melalui kolom. Semakin cepat solut berkesetimbangan diantara fasa gerak dan fasa diam maka semakin kecil pula faktor transfer massa. Difusi solut yang cepat dalam H2 dan He membantu mempercepat kesetimbangan diantara fas agerak dan fasa diam sehingga meningkatkan efisiensi atau menurunkan harga HETP. Dalam hal efisiensi, H2 merupakan pilihan gas pembawa yang baik. Kalau percobaan dilakukan pada tekanan tetap, kecepatan alir akan berkurang ketika suhu dinaikkan. Keuntungan lain gas pembawa H 2 adalah memberikan efisiensi relatif stabil dengan perubahan kecepatan alir. Sayangnya H 2 muda meledak bila berkontak dengan udara. Oleh karena itu, He banyak digunakan sebagai pengganti H2. Kotoran yang terdapat dalam gas pembawa dapat merusak kolom secara perlahan karena fasa diam bereaksi dengan kotoran tersebut. Oleh karena itu, gas berkualitas tinggi harus digunakan untuk merawat kolom dari kerusakan. Untuk menghilangkan kotoran dalam gas pembawa, biasanya gas dialirkan melalui saringan yang disebut molecular seive untuk menghilangkan air dan hidrokarbon.

9

2. Pemasukan cuplikan

Cuplikan yang dapat dianalisis dengan teknik kromatografi gas dapat  berupa zat cair atau gas. Dengan syarat cuplikan tersebut mudah menguap dan stabil (tidak rusak pada kondisi operasional). Di tempat pemasukan cuplikan terdapat pemanas yang suhunya dapat diatur untuk menguapkan cuplikan. Suhu tempat penyuntikan cuplikan biasanya sekitar 50 derajat diatas titik didih cuplikan. Bila cuplikan rusak pada suhu tersebut maka cuplikan tersebut tidak  dapat dianalisis dengan teknik krommatografi gas. Jumlah cuplikan yang disuntikan kedalam aliran fasa gerak sekitar 5µL.

Gambar 7. Hamilton microliter syringe Tempat pemasukan cuplikan cair kedalam pak kolom biasanya terbuat dari tabung gelas didalam blok logam panas. Cuplikan disuntikan dengan  bantuan alat suntik melalui karet septum kemudian diuapkan didalam tabung gelas. Gas pembawa meniup uap cuplikan melalui kolom kromatografi. Untuk  kolom analitik memerlukan antara 0,1-10 µL cuplika cair sedangkan kolom  preparatif memerlukan antara 20-1000 µL. Cuplikan berbentuk gas dapat dimaukan dengan bantuan alat suntik gas ( gas-tight syringe) atau kran gas ( gas-sampling valve). Kolom analitik biasanya memerlukan 0,5-10 µL sedangkan kolom preparatif dapat menampung sampai 1L gas. Untuk jenis kolom terbukan diperlukan alat pemasukan cuplikan yang lebih rumit.

Gambar 8. Sistem Pemasukan Cuplikan untuk Kolom Pak 

10

Gambar 9. Sistem Pemasukan Cuplikan Untuk Kolom Kapiler  Alat pemasukan cuplikan untuk kolom terbuka mengandung pipa gelas dan gelas wool yang secara perlahan dapat terkontaminasi oleh cuplikan yang tidak dapat menguap dan dapat terurai. Oleh karena itu bagian ini harus diganti secara berkala. Alat pemasukan cuplikan untuk kolom terbuka dikelompokkan kedalam dua kategori yaitu injeksi split ( split injection) dan injeksi splitless ( spitless injection). Injeksi split dimaksudkan untuk mengurangi volume cuplikan yang masuk ke dalam kolom hanya 0,1-10% dari 0,1-2 µL, sementara sisanya dibuang. Cuplikan dimasukkan melalui septum ke dalam daerah penguapan cuplikan sementara kran 1 ditutup. Gas pembawa dari pengontrol aliran meniup cuplikan kedalam gelas wool sehingga terjadi. Selanjutnya pada split  point, sebagian cuplikan memasuki kolom dan sisanya dibuang melalui kran 2. Bagian cuplikan yang dibuang melalui kran 2 dikontrol ole h pengatur tekanan. Bila suhu injektor terlalu tinggi maka penguraian cuplikan dapat terjadi sehingga beberapa komponen hilang dan komponen baru terbentuk. Jenis injeksi split tidak berguna untuk analisis renik karena kebanyakan cuplikan dibuang. Untuk keperluan analisis kuantitatif yang baik  dan untuk analisis renik maka injeksi jenis splitless lebih cocok. Dalam hal ini, larutan enecer cuplikan dalam pelarut yang mudah menguap disuntikan kedalam tempat pemasukan cuplikan dengan keadaan kran 1 dan 2 tertutup.

11

Suhu kolom mula-mula 20-25°C lebih rendah dari titik didih pelarut sehingga  berkondensasi pada permulaan kolom. Ketika solut terperangkap oleh kabut  pelarut maka solut-solut tersebut berkumpul pada permulaan kolom yang akan membentuk

peak tajam. Sebagian pelarut (dan cuplikan) yang masih

 berbentuk uap dekat septum akan menyebabkan tailing (pelebaran peak). Oleh karena itu, setelah 20-60 detik kran 1 dibuka untuk mengeluarkan uap dekat septum. Dengan injeks splitness, kebanyakan cuplika (sekitar 80%) masuk  kedalam kolom. Alternatif lain untuk mengkondensasi solut pada permulaan kolom disebut perangkap dingin (cold trapping ). Suhu kolom mula-mula 150°C lebih rendah dari titik didih solut. Pelarut dan solut dengan titik didih tinggi masih tetap sebagai kumpulan kabut. Pada pemanasan kolom,  pemisahan solut-solut dengan titik didih tinggi terjadi. Teknik injeksi pada kolom (on-column injection) digunakan untuk  cuplikan yang dapat terurai pada pemanasan diatas titik didihnya selama injeksi. Larutan cuplikan dimasukkan langsung kedalam kolom tanpa melalui injektor panas. Suhu kolom mula-mula mendekati titik didih pelarut yang mudah menguap untuk mengkondensasi dan mengumpulkan solut-solut. Proses kromatografi terjadi ketika suhu kolom dinaikkan. 3. Kolom

Dalam kromatografi gas, kolom merupakan tempat terjadinya proses  pemisahan. Untuk kromatografi gas dikenal dua jenis pak ( packed column) dan jenis terbuka (open tubular column). Jenis pak terbuat dari stainless steel sedangka jenis kolom terbuka terbuat dari pipa kapiler. Kedalam kolom jenis  pak diisi zat pendukung dan fasa diam yang menempel pada zat pendukung.

12

Kolom pak (packed column )

Gambar 10. Jenis Kolom Pak  Kolom pak terbuat dari stainless steel atau gelas dengan garis tengah 3-6 mm dan panjang 1-5 m. Kolom diisi dengan serbuk zat padat 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 tujua preparatif karena dapat menampung jumlah cuplikan yang  banyak. Kolom terbuka (open tubul ar column )

Gambar 11. Kolom Kapiler  Kolom terbuka (kolom kapiler) lebih kecil dan lebih panjang daripada kolom pak. Diameter kolom terbuka berkiasar antara 0,1-0,7 mm

13

dan panjangnya berkisar antara 15-100 m. Jenis kolom ini disebut juga kolom kapiler. Untuk mempermudah penyimpanan, biasanya kolom terbuka dibentuk spiral dengan garis tengah 18 cm. Bagian dalam kolom tidak terhalang oleh fasa diam sehingga panjangnya bisa mencapai 100 m. Akan tetapi, kolom terbuka tidak dapat menampung volume cuplikan yang  banyak. Jumlah plat teori (N) berbanding lurus dengan panjang kolom (L). Dengan semakin panjangnya kolom diharapkan kolom akan lebih efisien. Juga dengan bertambah panjangnya kolom maka perbedaan waktu retensi senyawa satu terhadap lainnya akan bertambah yang akan memberi dampak pada peningkatan selektivitas. Tiga faktor mempengaruhi resolusi: efisiensi, selektivitas. Dan retensi. Dengan kolom terbuka, faktor-faktor  tersebut akan bertambah. Jadi penggunaan kolom terbuka memberikan resolusi yang lebih tinggi daripada penggunaan kolom pak. Keuntungan lain penggunaan kolom terbuka adalah waktu analisis lebih pendek  daripada penggunaan kolom pak karena fasa gerak tidak mengalami hambatan ketika melewati kolom.

Gambar 12. Macam-Macam Kolom Kapiler  Kolom terbuka terdiri dari tiga jenis. Untuk  wall-coated open tubular column (wcot), fasa diam cairan kental dilapiskan secara merata  pada dinding dalam kolom. Dengan rancangan  support-coated open tubular column (scot), partikel zat padat pendukung seperti silika atau

14

alumunium ditempelkan pada dinding dalam kolom. Partikel pendukung ini terlebih dahulu dilapisi zat cair kental sebagai fas diam untuk  meningkatkan luas permukaan. Dengan bertambahnya luas permukaan  berarti jenis scot mempunyai volume fasa diam yang lebih besar daripada wcot sehingga memungkinkan untuk menampung volume cuplikan yang  besar. Dengan kata lain jenis scot ini cocok untuk analisis renik  (konsentrasi analit yang sangat kecil). Selain itu rancangan jenis kedua ini, lebih disukai. Pada rancangan ketiga,  porous-layer open tubular column (plot), partikel zat padat yang ditempelkan pada dinding dalam kolom  bertindak sebagai fasa diam. Jenis kolom terbuka berupa pipa kapiler yang umumnya terbuat dari gelas yang bahan dasarnya silika, SiO 2 yang mempunyai gugus silanol (Si-O-H). Gugus silanol ini dapat berikatan dengan solut menghasilkan  peak tailing (peak yang melebar kebelakang), terutama kalau fasa diamnya sudah mengalami erosi. Peak tailing ini menyebabkan rendahnya efisiensi.

Gambar 13. Peak Tailing

15

Zat padat pendukung

Kolom pak mengandung zat cair kental yang sukar menguap yang dilapiskan pada partikel yang tidak bereaksi (inert) yang disebut zat padat  pendukung. Zat padat pendukung harus berupa partikel halus, kuat, dan  berbentuk sama serta memiliki luas permukaan bear. Kebanyakan zat  padat pendukung terbuat dari tanah diatomaceus, silika yang berasal dari rangka alga. Secar ideal, zat padat pendukung tidak boleh berinteraksi dengan solut tapi tidak ada zat pendukung tidak boleh berinteraksi dengan solut tapi tidak ada zat pendukung yang betul-betil inert. Silanisasi dengan heksametildisilana atau diklorodimetilsilana (CH3)2SiCl2 merupakan cara yang banyak digunakan untuk mengurangi interaksi partikel silika dengan solut polar. Bila solut berikatan sangat kuat dengan silanol maka, alternatif, teflon dapat diigunakan sebagai zat pendukung. Teflon merupakan polimer  yang sangat inert. Ukuran partikel yang sama menurunkan faktor difusi Eddy sehingga meningkatkan efisiensi. Juga ukuran partikel yang kecil mengurangi waktu yang diperlukan oleh solut untuk berkesetimbangan sehingga meningkatkan efisiensi. Akan tetapi partikel yang sangat kecil memerlukan tekanan yang lebih besar untuk mengalirkan fasa gerak  melewati kolom. Ukuran partikel zat pendukung dinyatakan dalam satuan mesh yang berhubungan dengan ukuran saringan. Misalnya, partikel  berukuran 100/200 mesh akan lolos pada saringan 100 mesh tapi tertahan  pada saringan 200 mesh. Fasa diam

Umumnya fasa diam yang sering digunakan dalam kromatografi gas berbetuk zat cair kental yang sukar menguap. Dengan demikian jenis kromatografi ini disebut kromatografi partisi gas-cair. Jumlah fasa diam yang digunakan dinyatakan dalam persen zat  pendukung. Jumlah yang umum berkisar antara 2-10%. Jika fasa diam melebihi 30% dari zat padat pendukukng maka efisiensi kolom mulai

16

 berkurang. Kerugian lainnya adalah faktor kapasitas bertambah besar atau waktu retesi lebih lama. Demikian pula bila jumlah zat fasa diam kurang dari 2% maka permukaan zat padat pendukung tidak tertutup semuanya sehingga solut polar berikatan terlalu kuat dengan zat pendukung. Selain zat cair, beberapa zat padat dapat digunakan sebagai fasa diam seperti alumina (Al2O3) untuk memisahkan hidrokarbon. (Hendayana, 2006: 3344).

4. Termostat Oven

Thermostat berfungsi untuk mengatur temperature kolom. Fungsi thermostat sangat penting sebab pemisahan fisik komponen-komponen dalam kolom sangat dipengaruhi oleh temperature didalam oven. Dilihat dari posisinya, thermostat ada tiga macam yang fungsinya untuk mengatur  temperature secara terpisah, yaitu: a. Digerbang suntik (injector),  b. Thermostat oven, c. Thermostat detector. (Budiasih, 1999: 82-83) 5. Detektor

Alat ini akan mendeteksi komponen-komponen yang meninggalkan kolom. Ada dua jenis karakteristik detector yang umum adalah integral dan diferensial. Suatu detector integral memberikan suatu pengukuran setiap saat dari jumlah total bahan yang dielusi yang telah melewatinya sampai waktu itu. Detector ini yang sekilas terlihat kasar, berguna pada saatnya karena mudah dirakit dari komponen-komponen yang ada, dan  berperan sangat baik pada kelahiran GLC. Tetapi detector integral telah  banyak digantikan dengan detector diferensial, yang terakhir ditemukan  pada hampir sebagian besar kromatograf gas modern. (Underwood. 1998: 508)

17

Gambar 14. Kromatogram Integral

Sedangkan detector diferensial menghasilkan kromatogram familiar  yang terdiri dari puncak-puncak dan bukan langkah-langkah. Dua kelas  besar dapat dibedakan: pertama, detector yang mengukur konsentrasi zat yang terlarut dengan memakai beberapa sifat fisika dari aliran gas  buangan, dan kedua, detector yang merespon secara langsung zat terlarut dan dengan demikian berarti mengukur laju alir massanya. (Underwood. 1998: 509)

Gambar 15. Kromatogram Differensial Detector berfungsi mengubah isyarat dari gas pembawa dan komponen-komponen didalamnya menjadi isyarat elektronik. Hasil  pembacaan detector disebut kromatogram. Idealnya suatu detector harus memiliki sifat-sifat sebagai berikut: 

Kepekaan



Stabilitas



Kelinieran

18



Keserbagunaan



Waktu respons



Aktivitas kimiawi

Detektor merupakan perangkat yang diletakkan pada ujung kolom tempat keluar fase gerak (gas pembawa) yang membawa komponen hasil  pemisahan. Detektor pada kromatografi adalah suatu sensor elektronik  yang berfungsi mengubah sinyal gas pembawa dan komponen-komponen di dalamnya menjadi sinyal elektronik. Sinyal elektronik detektor akan sangat berguna untuk analisis kualitatif maupun kuantitatif terhadap komponen-komponen yang terpisah di antara fase diam dan fase gerak. Beberapa sifat detektor yang digunakan dalam kromatografi gas adalah sebagai berikut : Tabel 2. Beberapa Sifat Detektor Kromatografi Gas

19

a. Detector FID (Flame Ionization Detector) FID merupakan detektor yang paling luas penggunaannya, bahkan dianggap sebagai detektor yang universal untuk analisis obat dalam cairan biologis menggunakan GLC. Pada detector ini, komponenkomponen sampel yang keluar dari kolom dibakar dalam nyala (campuran gas hidrogen dan udara atau oksigen). Atom karbon senyawa organik dapat menghasilkan radikal CH yang selanjutnya menghasilkan ion CHO + dalam nyala hydrogen udara. CHO + yang dihasilkan dalam nyala bergerak ke katoda yang berada diatas nyala. Arus yang mengalir diantara anoda dan katoda diukur dan diterjemahkan sebagai sinyal pada rekorder. Detector ini jauh lebih  peka daripada TCD dan kepekaannya akan meningkat jika gas  bawanya N2. Sejumlah besar ion yang terbentuk dalam nyala masuk ke dalam celah elektrode dan menurunkan tegangan listrik dari celah elektrode mula-mula. Penurunan tegangan ini yang kemudian dicatat sebagai sinyal oleh rekorder. Intensitas sinyal ini  berbanding lurus dengan konsentrasi solute dalam gas pembawa. Keunggulan detector ini: 

Kepekaannya yang lebih besar 



Waktu tanggapnya lebih singkat



Cukup stabil dan tak pekaterhadap suhu hingga 400°C



Memberikan respon linier pada rentang konsentrasi yang culup lebar 



Member respon terhadap hampir semua senyawa organik 

20

Gambar 16. Detector FID

 b. Detector ECD (Electron Capture Detector) Pada ECD terdapat pemancar radioaktif β, seperti 3H atau 63Ni yang akan mengionisasi gas pembawa. Aliran elektron sebagai hasil ionisasi gas pembawa (nitrogen atau argon/methan) dalam ECD memberikan sinyal yang berupa baseline suatu kromatogram. Bila kemudian suatu senyawa masuk ke dalam detektor, sebagian dari elektron tersebut akan ditangkap oleh senyawa sebelum mereka mencapai plat detektor. Ini mengakibatkan aliran arus listrik dalam detektor berkurang, yang oleh rekorder akan dicatat sebagai suatu peak.

21

Gambar 17. Detektor ECD

c. Detector TCD (Thermal Conductivity Detector) TCD berdasar atas prinsip, suatu benda yang panas akan kehilangan panasnya pada suatu kecepatan yang tergantung kepada komposisi gas di sekitarnya. Jadi, kecepatan hilangnya panas itu dapat digunakan sebagai ukuran tentang komposisi gas. Gas  pembawa yang mengandung sample atau analit masuk ke dalam kolom, maka konduktivitas gas akan turun dan suhu filamen akan meningkat serta resistansi. Lewatnya sampel melalui kolom menyebabkan Jembatan Wheatstone yang tak seimbang sehingga terjadi signal yang terbaca pada detektor.

22

Gambar 18. Detector TCD

6. Rekorder

Bagian alat ini akan mencetak hasil perccobaan pada lembaran kertas  berupa kumplan puncak yang disebut kromatogram. Gerakan kertas yang merupakan fungsi waktu bisa diatur. (Hendayana. 1994: 250) Data-data yang dihasilkan dari kromatogram selanjutnya dianalisis untuk  keperluan analisis kualitatif dan kuantitatif. 1. Anaisis kualitatif  Untuk mengidentifikasi tiap peak kromatogram dapat dilakukan berbagai metode analisis, yaitu: a. Membandingkan waktu retensi analit dan standar  Waktu retensi standar dibandingkan dengan waktu retensi analit  b. Ko-kromatogram Standar

ditambahkan

kepada

cuplikan

kemudian

dilakukan

kromatograi gas. Jika salah satu luas peak bertambah maka peak analit yang mengalami pertambahan luasnya identik dengan standar. c. Metode spektrometri

23

Spectrometer massa/IR langsung disambungkan kekolom kromatografi gas. Setiap peak dapat direkam spektranya secara menyeluruh.

2. Analisis kuantitatif  a. Pendekatan tinggi peak  Tinggi peak kromatografi diperoleh dengan membuat base line pada suatu

peak

dan

mengukur

tinggi

garis

tegak

lurus

yang

menghubungkan base line dengan peak. Pendekatan ini dilakukan jika lebar peak standard an analit tidak jauh.

Gambar 18. Menentukan Tinggi Peak 

 b. Pendekatan area peak  Pendekatan area peak dapat memperhitungkan lebar peak sehingga lebar peak yang berbeda antara standard an analit tidak masalah. Pendekatan ini lebih baik dari pendekatan tinggi peak, dengan % kesalahan 0,44 – 2,6 %.

24

Gambar 19. Menentukan Area Peak  c. Metode kalibrasi Kita harus mempersiapkan sederet larutan standar, kemudian tiap larutan standar diukur dengan kromatografi. Area peak/tinggi peak  diplot terhadap konsentrasi hingga diperoleh persamaan garis, kemudian kita bisa menentukan konsentrasi sampel.

Gambar 20. Kurva Kalibrasi untuk Menentukan Konsentrasi Sampel Mode Operasional

Komponen-komponen yang ada dalam cuplikan akan terpisah satu sama lain didalam kolom akibat perbedaan distribusi di antara fasa diam dan fasa gerak. Semakin lama komponen tersebut berada dalam fasa gerak, maka komponen tersebut akan terelusi lebih dulu. Waktu yang dibutuhkan ol eh se tiap komponen untu k berad a pada masing -masing fasa sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor.

25

Suhu merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi pemisahan komponen

darisuatu

campuran

dengan

metode

kromatografi

gas.

Parameter yang sangat menentukanadalah pengaturan suhu injektor dan kolom. Perbedaan suhu sekitar 0,5 0C saja dapatmenyebabkan perbedaan yang cukup berarti. Suhu kolom dapat mempengaruhi posisi kesetimbangan distribusi analit di antara fasa diam dan fasa gerak, dimana kesetimbangan distribusi akan lebih

cepat

tercapaiseiring

dengan

meningkatnya

suhu.

Dengan

demikian, pada suhu rendah, analit yangmemiliki titik didih rendah akan lebih lama berada dalam fasa gerak dibandingkan analityang memiliki titik didih lebih tinggi. Akibatnya, analit bertitik didih rendah akan terelusilebih dulu. Faktor suhu, terutama suhu di dalam kolom, tentu saja menjadi salah sa tu

fa kt or yang harus diperhatikan dalam

sebuah

analisa

kuantitatif 

menggunakan kromatografi gas. Pengukuran kromatografi gas dapat dilakukan dalam dua mode operasional dalam system pengaturan suhu ovennya, yaitu mode isothermal dan mode suhu terprogram. a. Isotermal (Temperatur Konstan) Suhu kolom dijaga tetap selama pengukuran. Mode isothermal ini digunakan ketika sampel memilki rentang titik didih yang sangat dekat. Pemisahan terjadi berdasarkan kepolaran. 

Pada suhu rendah, komponen-komponen bertitik didih rendah mungkin dapat terpisah dengan baik, tetapi yang bertitik didih tinggi akan teretensi dengan kuat pada kolom.



Pada suhu tinggi, komponen-komponen dengan titik didih tinggi mungkin terpisah dengan baik dengan waktu retensi yang tidak terlalu besar.



Komponen-komponen bertitik didih rendah tidak akan terpisah dan terelusi pada awal pemisahan (didekat waktu mati dari kolom)

 b. Suhu Terprogram Pada pengukuran dengan cara ini, suhu kolom divariasikan selama pengukuran berlangsung. Peningkatan suhu kolom pada

26

analisa menggunakan kromatografigas dikenal sebagai gradien s u h u . G r a d i e n s u h u a d a l a h p e r u b a h a n s u h u p e r satuan waktu. Pengukuran dengan mode operasi ini memungkinkan analit yang memiliki titik didih yang berdekatan untuk saling memisah dengan baik, sehingga diperoleh peak yang tidak saling bertumpukan. Gambar  21.

dibawah

dihasilkan

ini

oleh

menunjukan mode

operasi

perbandingan isothermal

kromatogramyang dan

mode

operasi

 pe mo gr am an suhu.

Gambar 21. Pengaruh Suhu Terhadap Kromatogram. (a) Mode Isotemal pada Suhu 45 oC, (b) Mode Isotermal pada Suhu 145 oC, (c) Program Suhu dari Suhu 30-180 oC

27

Mode operasinal ini digunakan ketika sampel memiliki rentang titik  didih yang cukup jauh. Pada percobaan kali ini, dipilih mode operasional suhu terprogram. Selama operasional berlangsung, suhu kolom dinaikkan secara teratur. Suhu awal di set pada 40 oC, kemudian dinaikan 8 oC per menit sampai suhunya 150oC. Cara temperatur terprogram ini digunakan, karena : - Resolusi menjadi lebih baik  - Efesiensi kolom meningkat - Mempertajam analisis (komponen sampel yang tidak memberikan puncak   pada pemanasan konstan, akan memberikan puncak yang lebih baik pada  pemanasan terprogram). (Hendayana, 2006: 45-60).

C. Alat dan Bahan

1. Alat 

Instrumen GC

1 set



Botol vial

3 buah



Pipet tetes

1 buah



Pipet volume 1 ml

1 buah

2. Bahan 

Larutan standar Heksana

1 mL



Larutan standar Toluena

1 mL



Larutan standar Xilena

1 mL



Sampel Peramax

1 mL

28

D. Sifat Fisika Bahan-Bahan yang Digunakan

Nama Bahan

Struktur

Sifat Fisika

[CH3  –  CH2  –  CH2  –  CH2  –  Titik didih = 68,95 C Heksana

CH2 – CH3]

 pada P=760 mmHg Titik leleh = -97,50C

Titik didih 110 C pada CH3

P=760 mmHg Titik didih = 14,5 0C

Toluena Toluena

 pada P= 14,5 mmHg Titik leleh = -95 0C Titik didih = 144,4 C  pada P = 760 mmHg Titik didih = 32 0C pada P=10 mmHg

O-Xilena

Titik didih = 139,1 C Titik leleh = 28,1 0C Xilena m-Xilena Titik didih = 138,35 o C Titik leleh = 13,2 o C

P-Xilena

29

E. Langkah Kerja

1. Membuat larutan standar  Larutan standar terdiri dari heksana 25%, toluena 25%, dan xilena 25% yang masing-masing dipipet sebanyak 0,5 ml, lalu dimasukkan ke dalam botol vial. 2. Preparasi Sampel Pertamax Preparasi sampel dilakukan dengan cara memipet sampel pertamak  sebanyak 0,5 mL, kemudian dimasukkan ke dalam botol vial, dan terakhir  ditambahkan masing-masing 0,5 mL larutan standar Heksana, Toluna, dan Xilena. 3. Penyiapan Instrumen GC Dipastikan kabel penghubung listrik telah tersambung dengan benar. Kemudian tekan tombol “ON” pada sakelar listrik. Atur laju alir dan komposisi gas pembawa. Atur suhu kolom, suhu injector dan suhu detektor. Lalu nyalakan pompa dan dibiarkan alat GC selama 1 jam.

F. Analisis Data

Percobaan kali ini adalah penentuan komponen-komponen dalam sampel  pertamax dengan teknik kromatografi gas. Dalam percobaan,hanya dilakukan analisis kualitatif pada sampel berdasarkan waktu retensi komponen sampel dengan standar. Syarat suatu zat dapat dianalisis dengan kromatografi gas adalah zat tersebut stabil pada kondisi operasional dan bersifat mudah menguap. Larutan standar yang digunakan adalah campuran heksana,toluena dan xilena. Percobaan dilakukan untuk menentukan apakah dalam sampel pertamax mengandung heksana,toluena dan atau xilena. Sampel pertamax dapat langsung dianalisis dengan menggunakan instrumen kromatografi gas tanpa perlu diderivatisasi terlebih dahulu,karena sifat sampel pertamax mudah menguap dan stabil pada temperatur pengujian. Karena zat-zat standar memiliki kepolaran yang hampir  sama namun titik didih masing-masing yang jauh berbeda maka mode operasional kromatografi gas yang dipilih adalah dengan suhu terprogram,yaitu

30

suhu awal kolom adalah 40  dengan kenaikan suhu 8  permenit sampai suhu 122 Kondisi parameter GC-2010 Shimadzu saat percobaan sebagai berikut: 1. Injektor: -

Gas pembawa : N2 dengan tekanan 4-5 bar 

-

Suhu :150

-

Tekanan : 115,2 kPa

-

Laju total : 93,8 mL/min

-

Porge flow : 3 mL/min

2. Kolom -

Suhu : 40  selama 2 menit kemudian naik 8 /menit sampai 122.

-

Jenis kolom : DB-5 (5% Fenil dan 95 % metil polisiklosan) dengan diameter 0,25 mm dan panjang 30 m. rentang suhu kolom adalah -60  325/350. Kolom termasuk kolom terbuka dan bersifat nonpolar. Pemilihan kolom ini dikarenakan komponen yang akan dipisahkan  bersifat nonpolar dan agar pemisahannya efisien serta selektif.

3. Detektor  -

Jenis detektor : FID (Flame Ionization Detektor). Pemilihan detektor  adalah karena komponen yang akan dianalisis adalah senyawa organik.

-

Suhu detektor : 250 

-

Make up flow : 30 mL/min

-

Gas pembakar : H2

-

Laju alir H2 : 40 mL/min

-

Laju alir udara : 199,8 mL/min

4. Volume zat untuk injektor : 0,5  L

Syringe yang akan digunakan untuk menginjeksikan sampel sebelumnya dibilas dulu dengan zat yang akan diinjeksikan. Pastikan tidak ada gelembung udara yang masuk ke dalam syringe untuk keakuratan jumlah analit yang diinjeksikan. Syringe yang berisi analit jangan dibiarkan terlalu lama di udara

31

karena analit mudah menguap. Adanya udara dalam syringe juga akan menyebabkan peak tailing. Suhu injektor yang tinggi akan menguapkan analit dan kemudian analit terbawa oleh gas pembawa menuju kolom. Di dalam kolom,zat analit akan terkondensasi karena suhu kolom lebih rendah dari titik didih analit. Disinilah terjadi distribusi komponen-komponen ke dalam fasa gerak dan fasa diam. Dengan naiknya suhu kolom secara terprogram maka komponen dengan titik  didih paling rendah dan lebih terdistribusi ke dalam fasa gerak dan keluar kolom terlebih dahulu. Komponen yang keluar dari kolom dicampur gas H 2 dan udara kemudian dibakar pada nyala dibagian dalam detektor. Atom karbon senyawa organik dapat menghasilkan radikal CH yang selanjutnya menghasilkan ion CHO + yang dihasilkan bergerak ke katoda. Arus yang mengalir diantara anoda dan katoda diukur dan diterjemahkan sebagai sinyal pada rekorder. Sampel yang dianalisis adalah larutan standar,pertamax,dan larutan standar+ pertamax. Pada kromatogram larutan standar (masing-masing 0,5 mL heksana,toluena,dan xilena) terdapat lima peak dengan tiga peak yang mendominasi. Hal ini berarti terdapat minimal lima komponen dalam standar. Tiga peak dalam kromatogram yaitu peak nomor 1,2,dan 4 secara berturut-turut adalah heksana (TD:68,95 ),toluena (TD:110,6 ),dan xilena (TD:138,35 ). Apabila diperhatikan peak yang dihasilkan dalam analisis GC lebih runcing daripada peak yang dihasilkan dalam analisis HPLC. Hal ini dikarenakan mobilitas gas (fasa gerak dalam GC) lebih besar dari mobilitas cairan (fasa gerak  dalam HPLC). Kromatogram yang dihasilkan pada percobaan dianalisis secara kualitatif  dengan dua cara, yaitu : 1. Membandingkan waktu retensi sampel dengan waktu retensi standar  Dari kromatogram standar diketahui ada lima peak. Peak pertama adalah n-heksan, karena titik didih n-heksan lebih rendah dibandingkan toluena dan xilena. Sedangkan peak nomor 2 adalah toluene karena titik didih toluena lebih kecil dari titik didih xilena. Peak nomor 3,4, dan 5 adalah xilena

32

dalam bentuk orto, meta, dan para. Para-xilena adalah yang paling stabil jika dibandingkan dengan meta dan orto, oleh sebab itu luas area para-xilena akan lebih besar daripada orto dan meta. Jadi peak untuk para-xilena adalah peak  nomor 4, sedangkan peak nomor 3 adalah meta-xilena karena titik didih metaxilena lebih kecil dari orto-xilena. Sedangkan analisis sampel pertamax menghasilkan 43 peak pada kromatogramnya. Hal tersebut menunjukkan bahwa ada minimal 43 komponen terdapat dalam pertamax. Untuk mengetahui apakah di dalam sampel mengandung heksana,toluena,dan xilena,maka dilakukan dengan cara membandingkan waktu retensi standar dan sampel pertamax. Komponen

 No.peak Standar

Waktu retensi

Sampel

Standar

Selisih

Sampel

Heksana

1

5

1,885

1,880

0,005

Toluena

2

18

3,387

3,356

0,031

Xilena

4

25

5,047

4,983

0,064

Berdasarkan

data

di

atas,diketahui

bahwa

sampel

pertamax

mengandung heksana karena waktu retensi standar dan pertamax tidak   berbeda secara signifikan. Tapi,tidak bisa dikatakan bahwa pertamax mengandung toluena dan xilena karena waktu retensi standar dan pertamax  berbeda secara signifikan,yakni lebih dari 0,01 sehingga hanya bisa menduga  bahwa sampel pertamax mengandung toluena dan xil ena. Untuk membuktikan dugaan tersebut maka dilakukan analisis kualitatif dengan metode kokromatografi. 2. Ko-kromatografi Ko-kromatografi dilakukan dengan cara menambahkan larutan standar  ke dalam sampel pertamax. Apabila luas peak pada kromatogram standar +  pertamax bertambah (yang teridentifikasi dari tinggi peak),maka dapat dinyatakan bahwa sampel mengandung komponen-komponen yang sama dengan standar. Hasil kromatogram standar + pertamax menunjukkan 31 peak.

33

Berdasarkan data tabel hasil analisis dengan metode ko-kromatigrafi di atas,diketahui

bahwa

terjadi

peningkatan

area

yang

signifikan

pada

kromatogram standar + pertamax pada peak nomor 5,13,dan 16. Peningkatan area tersebut terjadi pada peak yang sebelumnya diduga mengandung toluena dan xilena. Sehingga

dapt

disimpulkan

bahwa

pertamax

mengandung

heksana,toluena,dan xilena. Jika dilihat dari faktor pembanding,maka faktor   pembanding yang terbesar berturut-turut adalah heksana,xilena dan toluena sedangkan faktor pembanding untuk peak lainnya sangat kecil. Hal tersebut menunjukkan bahwa tidak terjadi penambahan luas area karena standar tidak  mengandung komponen tersebut. Jadi,berdasarkan analisis kualitatif dengan menggunakan metode  perbandingan waktu retensi dan metode ko-kromatografi,diketahui bahwa sampel pertamax mengandung heksana,toluena,dan xilena.

G. Kesimpulan

Berdasarkan analisis krmatogram standar (campuran heksana, toluena, dan xilena), kromatogram pertamax, dan kromatoram pertamax+standar pada  percobaan penentuan beberapa komponen dalam pertamax dengan menggunakan instrumen kromatografi gas yang menggunakan mode operasional suhu

34