1
PENENTUAN KADAR TOLUENA
DENGAN MENGGUNAKAN TEKNIK KROMATOGRAFI GAS
LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA INSTRUMEN Tanggal Praktikum : 03 Desember 2010
Disusun Oleh : Kelompok 7
Risa Nurkomarasari (0800530) Ersan Yudhapratama (0801357)
Redi Ahmad Fauzi (0805450)
JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIDKAN INDONESIA 2010
2 Tanggal Praktikum : 03 Desember 2010
PENENTUAN KADAR TOLUENA
DENGAN MENGGUNAKAN TEKNIK KROMATOGRAFI GAS
A. Tujuan Praktikum
1. Mahasiswa dapat mengenal cara pengoperasian instrument GC
2. Mahasiswa dapat memahami cara kerja instrumen GC untuk analisis kualitatif dan kuantitatif
3. Dapat menentukan kadar toluene dalam sampel menggunakan instrument GC
B. Tinjauan Pustaka
Kromatografi gas merupakan suatu metode pemisahan dan pengukuran yang didasarkan pada perbedaan distribusi komponen-komponen dalam sampel diantara dua fasa dengan menggunakan gas sebagai fasa gerak dan zat padat atau zat cair sebagai fasa diam. Berdasarkan fasa diamnya, kromatografi gas dibagi menjadi dua bagian yaitu :
1. Gas Liquid Chromatography (GLC), fasa diamnya berwujud cair. Cairan tersebut merupakan cairan yang tidak mudah menguap yang melekat pada padatan pendukung yang inert berupa butiran halus. Prinsip pemisahannya perbedaan partisi komponen-komponen dari suatu sampel di antara fasa diam dan fasa gerak.
2. Gas Solid Chromatography (GSC), fasa diamnya berwujud padat. Padatan yang digunakan misalnya karbon, zeolit dan silika gel. Prinsip pemisahannya berdasarkan adsorpsi terhadap fasa diam.
Gambar 1. Skema pengelompokan kromatografi
3
Adapun diagram alat kromatografi gas adalah sebagai berikut :
Gambar 2. Diagram alat kromatografi gas
(Harvey, David.2004 : 563) Mekanisme kerja kromatografi gas adalah sebagai berikut, gas dalam silinder baja bertekanan tinggi dialirkan melalui kolom yang berisis fasa diam.
Cuplikan berupa campuran yang akan dipisahkan, biasanya dalam bentuk larutan, disuntikan 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 satu persatu meninggalkan kolom. Suatu detector diletakan di ujung kolomuntuk mendeteksi jenis maupun jumlah komponen campuran. Hasil pendeteksian direkam dengan recorder dan dinamakan kromatogram yang terdiri dari beberapa peak. Jumlah peak yang dihasilkan menyatakan jumlah komponen (senyawa) yang terdapat dalam campuran.
Sedangkan luas peak bergantung kepda kuantitas suatu komponen dalam campuran.
Karena peak-peak dalam kromatogram berupa senyawa segitiga maka luasnya dapat dihitung berdasarkan tinggi dan lebar peak tersebut.
Kromatografi gas merupakan salah satu teknik kromatografi yang bias digunakan untuk memisahkan senyawa-senyawa organic. Senyawa-senyawa yang dapat ditentukan dengan kromatografi gas sangat banyak, namun ada batasannya.
Senyawa-senyawa tersebut harus mudah menguap dan stabil pada temperature pengujian, utamanya dari 50-300°C. Jika senyawa tidak mudah menguap atau tidak
4
stabil pada temperature pengujian, maka senyawa tersebut bias diderivatisasi agar dapat dianalisis dengan kromatografi gas. (Tim Kimia Analitik Instrumen. 2010 : 15)
Keuntungan-keuntungan dari Kromatografi Gas antara lain :
- Kromatografi Gas akan memisahkan campuran-campuran yang mengandung banyak komponen dengan perbedaan titik didih rendah.
- Analisis cepat (biasanya 10 -15 menit)
- Sensitif (dengan detektor T.C.D. ppm, F.I.D. low ppm. E.C.D. ppb)
- Bisa dipakai untuk menganalisis berbagai macam campuran, hidrokarbon, obat, pestisida, gas-gas dan steroid-steroid.
- Mudah dioperasikan dan tekniknya terpercaya.
- Volume yang diperlukan sangat kecil ( 1 – 10 μl ) - Baik pada analisa kualitatif dan kuantitatif
- Hasilnya mudah ditafsirkan
- Puncak kromatogram. Kualitatif ( dengan retensi waktu )Kuantitatif ( daerah puncak adalah konsentrasi α)
Instrumentasi kromatografi gas terdiri dari beberapa komponen yaitu 1. Gas Pembawa
Gas yang dapat digunakan sebagai fasa gerak dalam kromatografi gas harus bersifat inert (tidak bereaksi) dengan cuplikan maupun fasa diam. Gas-gas yang biasa digunakan adalah gas helium, argon, nitrogen dan hidrogen. Karena gas disimpan dalam slinder baja bertekanan tinggi karena gas tersebut akan mengalirkan dengan sendirinya secara cepat sambil mengambil atau membawa komponen-komponen campuran yang akan atau yang sudah dipisahkan.
Dengan demikian gas tersebut juga pembawa (carrier gas). Oleh karena gas pembawa mengalir dengan cepat maka pemisahan denga teknik kromatografi gas hanya memerlukan waktu beberapa menit saja.
Karakteristik tiga jenis gas pembawa hidrogen, helium, dan nitrogen diperlihatkan pada gambar dibawah ini :
Gambar3. Krakteristik gas pembawa hidrogen, helium, dan nitrogrn
5
Gas N2 memerlukan kecepatan alir yang lambat (10 cm/detik) untuk mencapai kinerja (efisiensi) yang optimum dengan HETP minimum. Sementara H2 dan He dapat dialirkan lebih cepat untuk memperoleh efisiensi yang optimum, 25 cm/detik untuk gas He dan 35 cm/detik. Berdasarkan gambar diatas, terlihat bahwa kinerja H2 berkurang sedikit demi sedikit dengan kenaikan kecepatan alir. Sedangkan 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 solute lebih cepat melalui H2 dan He daripada melalui N2
maka H2 dan He memberikan resolusi yang lebih baik pada kecepatan alir tinggi. Semakin cepat solute 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 di antara fasa gerak 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 suh dinaikan. Keuntungan lain gas pembawa H2 adalah memberikan efisiensi relatif stabil dengan perubahan kecepatan alir. Sayngnya H2 mudah 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 berekasi 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.
Kriteria gas pembawa antara lain :
Bersifat inert dan kemurniannya tinggi
Tekanan berkisar antara 10 – 50 psi
Laju alir berkisar antara 25 -50 mL/mnt
6
Disesuaikan dengan detektor
Tabel 1. Jenkis Gas Pembawa Gas
pembawa TCD FID ECD FPD
Helium + + - -
Hydrogen + - - -
Nitrogen + + + +
Argon - - + -
2. Pemasukan Cuplikan
Cuplikan yang dapat dianalisa dengan teknik kromatografi gas dapat berupa zat cair atau gas. Dengans yarat cuplikan tersebut mudah menguap dan stabil (tidak rusak pada kondisi operasional). Ditempat pemasukan cuplikan terdapat pemanas yang suhunya dapat diatur untuk menguapkan cuplikan. Suhu tempat penyuntikan cuplikan biasanya sekitar 50 derajat di atas titik didih cuplikan. Bila cuplikan rusak pada suhu tersebut maka cuplikan tersebut tidak dapat dianalisa dengan teknik kromatografi gas. Jumlah cuplikan yang disuntikan ke dalam aliran fas gerak sekitar 5 µL.
Tempat pemasukan cuplikan cair ke dalam pak kolom biasanya terbuat dari tabung gelas di dala blok logam panas. Cuplikan disuntikan dengan bantuan alat untuk melalui karet septum kemudian diuapkan di dalam tabung gelas. Gas pembawa meniup uap cuplikan melalui kolom koromataografi.
Untuk kolom analitik memerlukan antara 0,1-10 µL cuplikan cair sedangkan kolom analitik preparatif memerlukan antara 20-1000µL. Cuplikan berbentuk gas dapat dimasukan dengan bantuan alat suntik gas (gas-tight syringe) atau kran gas (gas-sampling value).
7
Gambar 4. Sistem pemasukan cuplikan untuk kolom pak dan kolom kapiler
Alat pemasukan cuplikan untuk kolom terbuka dikelompokkan ke dalam dua katagori yaitu injek spilt (split injection) dan injeksi splitleass (spitless injection). Injeksi split dimaksudkan untuk mengurangi volume cuplikan yang masuk ke kolom. Volume cuplikan yang masuk ke kolom hanya 0,1-10% dari 0,1-2µL, sementara sisanya dibuang.
Jenis injeksi split tidak berguna untuk analisis renik karena kebanyakan cuplikandibuang. Untuk keperluan analisis kuantitatif yang baik dan untuk analisis renik maka injeksi jenis splitless lebih cocok. Dalam hal ini, larutan encer cuplikan dalam tempat pelarut yang mudah menguap disuntuikan ke dalam tempat pemasukan cuplikan dengan keadaan kran 1 dan kran 2 tertutup. Suhu kolom mula-mula 20-250C lebih rendah dari titik didih pelarut sehingga berkondensasi pada permulaan kolom. Ketika solut terperangkap oleh kabut pelarut maka solut-solut tersebut terkumpul 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 injeksi splitless, kebanyakan cuplikan (sekitar 80%) masuk kepermulaan
8
kolom disebut perangkap dingin (cold trapping). Suhu kolom mula-mula 1500C lebih rendah dari titik didih solut. Pelarut dan solut dengan titik didih rendah dielusi secara cepat tapi solut dengan titik didih rendah dielusi sebagai kumpulan kabut. Pada pemanasan kolom, pemisahaan solut-solut dengan titik didih tinggi terjadi.
3. Kolom
Kolom merupakan tempat terjadinya proses pemisahan. Untuk kromatografi gas dikenal dua jenis kolom yaitu jenis pak (packed column) dan jenis terbuka open tubular column).
Kolom pak (packed column)
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 tujuan preparatif karena dapat menampung jumlah cuplikan yang banyak.
Gambar 5. Kolom pak Kolom terbuka (open tubular column)
Kolom terbuka (kolom kapiler) lebih kecil dan lebih panjang daripada kolom pak. Diameter kolom terbuka berkisar antara 0,1-0,7 mm 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.
9
Gambar 6. Kolom kapiler
Tiga faktor yang mempengaruhi resolusi : efisiensi, selektifitas dan retensi. Dengan kolom terbuka, faktor-faktor tesebut 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 penggunaa kolom pak karena fasa gerak tidak mengalami hambatan ketika melewati kolom.
Kolom terbuka terdiri dari tiga jenis yaitu untuk wall-coated open tubular solumn (wcot), fasa diam cairan kental dilapiskan secara merata pada dinding dalam kolom. Dengan rancangan support-cated open tubular column (acot), partikel zat padat pendukung seperti silika atau alumunium ditempelkan pada dinding dalam kolom. Partikel pendukung ini lebih dahulu dilapisi zat cair kental sehingga fasa diam untuk meningkatkan luas permukaan. Pada rancangan ketiga, porous-layer open tubular column (plot), partikel zat padat yang ditempatkan pada dinding dalam kolom bertindak sebagai fasa diam.
Gambar7. Kolom kapiler
Jenis kolom terbuka berupa pipa kapiler yang umumnya terbuat dari gelas yang bahan dasarnya silika, SiO2 yang mempunyai sedikit gugus silamol (Si-O-H). Fufus silanol ini dapat berikatan dengan solut menghasilkan peak tailing (peak yang melebar ke belakang) terutama kalau fasa diamnya sudah mengalami erosi. Peak tailing ini mengebabkan rendahnya efisiensi.
10 Fasa diam
Seperti telah dibahas dalam topik kolom, umumnya fasa diam yang sering digunakan dalam kromatografi gas berbentuk zat cair kental sukar menguap. Dengan demikian janis kromatografi ini disebut kromatografi partisi gas-cair. Jumlah fasa diam yang digunakan dinyatakan dalam persen zat padat pendukung. Jumlah yang umum berkisar antara 2-10%. Jika fasa diam melebihi 30% dari zat padat pendukung maka efisiensi kolom mulai berkurang. Kerugian lainnya adalah faktor kapasitas bertambah basar atau waktu retansi tambah lama.
Demikian pula bila jumlah 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 untuk memisahkan hodrokarbon.
Pengoperasian Kolom
Kolom dapat dioperasikan dengan dua cara , yaitu : secara isotermal (temperature konstan) dan temperatur terprogram (variabel peningkatan temperatur dan waktu ditahan pada temperatur konstan).
a. Operasi Isotermal
Pada operasi isotermal, temperatur kolom dijaga konstan. Batas temperatur maksimum dan minimum dipengaruhi stabilitas dan karakter fisik fase diam. Batas bawah ditentukan oleh titik beku dan batas atas ditentukan oleh
“bleed” dari fase diam. Bleed adalah fase diam masuk ke detektor. Secara umum pada mode operasional ini, injektor dioperasikan 30°C diatas temperatur komponen dengan titik didih maksimum (kolom kemasan konvensional).
Untuk pemisahan sederhana, mode isotermal sudah cukup baik. Hal ini disebabkan perbedaan antara tekanan uap dan kelarutan dari campuran komponen sudah cukup mempengaruhi pemisahan yang baik pada suhu yang dipilih. Namun, untuk campuran yang lebih kompleks, pemisahan yang kompleks membutuhkan suhu yang bervariasi.
b. Operasi temperatur terprogram (TPGC)
Pada kromatografi gas temperatur terprogram, temperatur oven dikendalikan oleh sebuah program yang dapat mengubah tingkatan pemanasan yang terjadi antara 0,25°C sampai 20°C. Sebuah oven massa rendah
