Pendahuluan
Kromatografi adalah cara pemisahan campuran yang didasarkan atas perbedaan distribusi dari komponen suatu campuran. Pemisahan tersebut didasarkan pada dua fasa larutan, yaitu fase diam (stationary) dan fase bergerak (mobile). Kromatografi terdiri dari bermacam-macam jenis yang salah satunya ialah kromatografi gas. Kromatografi gas (GC) adalah jenis umum dari kromatografi yang digunakan dalam kimia analitik untuk memisahkan dan menganalisis senyawa yang dapat menguap. GC dapat digunakan untuk pengujian kemurnian zat tertentu, atau memisahkan komponen yang berbeda dari campuran. Selain itu, GC juga dapat digunakan dalam mengidentifikasi suatu senyawa.
Apa itu GC? Syarat senyawa yang dapat dianalisis?
GC adalah instrumen yang digunakan untuk menganalisis senyawa-senyawa organik yang mudah menguap atau mudah diuapkan dalam GC dimana titik uapnya antara 200o C- 350o C dan biasanya senyawa-senyawa tesebut memiliki massa molekul relatif kecil. Tentu saja senyawa tersebut harus memiliki sifat tidak rusak karena panas. Untuk sampel yang tidak memenuhi syarat tersebut dapat dilakukan derivatisasi terlebih dahulu.
GC terbagi menjadi dua yaitu Kromatografi Gas Cair dan Kromatografi Gas Padat. Perbedaan keduanya terletak pada penggunaan fasa diam. Pada KGC, fasa diam yang digunakan berupa cairan yang diikatkan pada suatu pendukung sehingga solut akan terlarut dalam fasa diam. Sedangkan pada KGP, fasa diam yang digunakan yaitu berupa padatan.
Bagian-bagian dalam GC
1. Gas Pembawa
Gas pembawa (carrier gas) berfungsi sebagai fase gerak.Gas pembawa adalah gas inert yang memiliki kemurnian tinggi (direkomendasikan grade Ultra High Purity atau UHP).Gas pembawa ini yang akan membawa uap sampel masuk ke dalam kolom untuk dipisahkan komponen-komponen dalam campurannya dan selanjutnya akan masuk ke detektor untuk dideteksi secara individual. Gas pembawa yang biasa digunakan adalah Helium,Nitrogen atau Hidrogen. Untuk analisis sampel gas,maka gas pembawa yang digunakan harus berbeda dengan gas target analisis. Gas pembawa biasanya disimpan dalam tabung gas bertekanan tinggi atau dari gas generator.
2. Injektor
Injektor memiliki fungsi untuk memasukkan sampel,menguapkan sampel,dan mencampur uap sampel dengan gas pembawa. Dalam kromatografi gas,semua sampel dari fase asal harus diubah menjadi fase gas/uap.Misalnya sampel padatan dapat dilarutkan terlebih dahulu,baru larutannya diinjeksikan ke sistem kromatografi gas.Untuk sampel larutan bisa langsung diinjeksikan menggunakan microsyringe biasa,sementara untuk sampel gas bisa menggunakan gas-tight syringe.Untuk otomatisasi,bisa juga menggunakan autoinjector/autosampler. Injektor dilengkapi dengan blok pemanas (heater block) yang memungkinkan pengaturan suhu injektor untuk menguapkan sampel. Biasanya yang menjadi patokan awal adalah kira-kira 50oC di atas titik didih tertinggi dalam campuran,dengan asumsi semua zat target akan menguap tapi tidak sampai merusak komponen itu sendiri.
3. Kolom
Kolom berfungsi sebagai fase diam dan merupakan jantung dari kromatografi. Dalam kolomlah terjadi proses pemisahan komponen-komponen dalam campuran berdasarkan perbedaan afinitas masing-masing komponen terhadap fase diam dan fase gerak. Secara imaginer,masing-masing komponen akan mengalami 3 kondisi:ikut dengan gas pembawa,terdistribusi secara dinamis di antara gas pembawa dan kolom,serta tertahan/larut dalam kolom.Mekanisme ini terjadi berulang-ulang mulai dari sampel masuk ke dalam kolom hingga masuk ke detektor secara individual. Proses pemisahan dalam kolom dipengaruhi oleh banyak faktor seperti sifat kimia-fisika dari sampel maupun material kolom,dimensi kolom(panjang,diameter dan tebal lapisan kolom,kapiler/kemas),laju alir gas pembawa, suhu oven kolom,dll. Secara umum,semakin mirip polaritas komponen sampel dengan fase diam,maka semakin kuat interaksi antara keduanya sehingga komponen akan tertahan lebih lama dalam kolom (waktu retensi makin lama).
4. Oven
Kolom diletakkan dalam sebuah oven yang bisa diatur suhunya sesuai kebutuhan analisis. Semakin tinggi suhu oven kolom, maka makin lemah interaksi komponen sampel dengan fasa diamnya, sehingga waktu retensi semakin cepat. Oven yang baik harus bisa memberikan akurasi dan kestabilan suhu yang baik.
5. Detektor
Komponen dalam sampel akan masuk secara individual ke dalam sistem detektor dan akan dideteksi responnya,kemudian akan dikonversi menjadi satuan tegangan listrik. Masuknya komponen-komponen sampel ke detektor terjadi secara parsial dan plotingnya akan membentuk "khromatogram". Ada beberapa jenis detektor dalam khromatografi gas,berikut adalah jenis detektor yang dikenal :
a. Flame Ionization Detector (FID),adalah detektor general untuk mengukur komponen-komponen sampel yang memiliki gugus alkil (C-H).Komponen sampel masuk ke FID,kemudian akan dibakar dalam nyala (campuran gas H2 dan udara),komponen akan terionisasi,ion-ion yang dihasilkan akan dikumpulkan oleh ion collector,arus yang dihasilkan akan diperkuat,kemudian akan dikonversi menjadi satuan tegangan.Semakin tinggi konsentrasi komponen,makin banyak pula ion yang dihasilkan sehingga responnya juga makin besar.
b. Thermal Conductivity Detector (TCD) adalah detektor paling general sebab hampir semua komponen memiliki daya hantar panas.TCD bekerja dengan prinsip mengukur daya hantar panas dari masing-masing komponen.Mekanismenya berdasarkan teori "Jembatan Wheatstone" di mana ada dua sel yaitu sel referensi dan sel sampel.Sel referensi hanya dilalui oleh gas pembawa,sementara sel sampel dilalui oleh gas pembawa dan komponen sampel.Perbedaan suhu kedua sel akan mengakibatkan perbedaan respon listrik antara keduanya dan ini akan dihitung sebagai respon komponen sampel.Detektor TCD banyak digunakan untuk analisis gas.
c. Electron Capture Detector (ECD) adalah detektor khusus untuk mendeteksi senyawaan halogen organik.Banyak diaplikasikan untuk analisis senyawaan pestisida.Secara prinsip,komponen sampel akan ditembak dengan sumber radioaktif Nikel,dan jumlah elektron yang hilang dari proses itu dianggap linear dengan konsentrasi senyawaan tersebut.
d. Flame Photometric Detector (FPD) adalah detektor khusus untuk mendeteksi senyawaan sulfur, posfor dan atau timah organik.Prinsipnya adalah pembakaran senyawaan komponen sehingga mengemisikan energi tertentu yang akan dilewatkan ke filter tertentu (filter S,P atau Sn) kemudian akan dideteksi oleh Photomultiflier.Banyak digunakan untuk analisis senyawaan pestisida.
e. Flame Thermionic Detector(FTD) adalah detektor khusus untuk mendeteksi senyawaan nitrogen dan atau posfor organik.Prinsipnya adalah pembakaran senyawaan komponen kemudian direaksikan dengan garam Rubidium dan respon listrik yang dihasilkan akan diperkuat dan dikonversi menjadi satuan tegangan.Banyak digunakan untuk analisis senyawaan pestisida.
f. Mass Spectrometer (MS) adalah detektor khusus yang dapat digunakan baik untuk analisis kualitatif maupun kuantitatif.Prinsip pengukurannya adalah komponen sampel dipecah menjadi bentuk ion fragmennya (baik secara elektronik maupun kimiawi) lalu ion fragmen tersebut dilewatkan ke Mass Analyzer untuk memisahkan ion berdasarkan perbedaan massa/muatan dan selanjutnya diteruskan ke ion detector untuk mendeteksi jumlah ion yang dihasilkan.Spektrum fragmen yang dihasilkan oleh masing-masing komponen akan menunjukkan karakteristik yang khas,dan ini digunakan untuk tujuan identifikasi kualitatif dengan membandingkan dengan database atau library spektrum yang telah ada.
6. Pengolah Data
Pengolah data berfungsi sebagai pengatur sistem instrumen dan pengolahan data untuk tujuan analisis kualitatif maupun kuantitatif. Secara umum pengolah data bisa berupa integrator/recorder ataupun berupa software yang beroperasi under-Windows.
Derivatisasi dalam GC?
Derivatisasi merupakan proses kimiawi untuk mengubah suatu senyawa menjadi senyawa lain yang mempunyai sifat-sifat yang sesuai untuk dilakukan analisis menggunakan kromatografi gas.
Alasan dilakukan derivatisasi
1. Senyawa tersebut memungkinkan dilakukan analisis dengan KG terkait dengan volatilitas dan stabilitasnya.
2. Untuk meningkatkan batas deteksi dan bentuk kromatogram. Beberapa senyawa tidak menhasilkan bentuk kromatogram yang bagus(misal pucak kromatogram yang tumpang tindih) atau sampel yang dituju tidak terdeteksi, oleh karena itu diperlukan derivatisasi sebelum dilakukan analisis dengan kromatografi gas.
3. Meningkatkan volatilitas, misal senyawa gula. Tujuan utama derivatisasi adalah untuk meningkatkan volatilitas senyawa-senyawa yang tidak mudah menguap (non-volatil). Senyawa-senyawa dengan dengan berat molekul rendah biasanya tidak mudah menguap karena adanya gaya tarik menarik inter molekuler antara gugus-gugus polar, karenanya jika gugus-gugus polar ini ditutup dengan cara derivatisasi, maka akan mampu meningkatkan volatilitas senyawa tersebut secara dramatis.
4. Meningkatkan deteksi, misal untuk kolesterol dan senyawa-senyawa steroid.
5. Meningkatkan stabilitas. Beberapa senyawa volatil mengalami dekomposisi parsial karena panas sehingga diperlukan derivatisasi untuk meningkatkan stabilitasnya.
6. Meningkatkan batas deteksi pada penggunaan detektor tangkap elektron (ECD).
7. Menurunkan volatilitas suatu senyawa yang terlalu volatile.
8. Senyawa polar yang umumnya akan menyerap permukaan aktif dari column, dibuat kurang polar dengan derivatisasi.
Beberapa cara derivatisasi pada GC?
1. Esterifikasi
Digunakan untuk membuat derivat gugus karboksil. Pengubahan gugus karboksil menjadi esternya akan meningkatkan volatilitas karena akan menurunkan ikatan hidrogen. Derivatisasi dengan esterifikasi dapat dilakukan dengan cara esterifikasi Fisher biasa dalam asam kuat. Ester metil paling banyak digunakan, meskipun demikian ester etil, propil, dan butil juga sering dimanfaatkan untuk derivatisasi ini. Ester alifatik yang lEbih panjang dibuat dengan tujuan untuk menurunkan volatilitas, meningkatkan respon detektor, meningkatkan resolusi atau daya pisah dari bahan pengganggu, dan meningkatkan resolusi dari senyawa-senyawa yang mempunyai rumus molekul yang hampir sama.
2. Asilasi
Jika sampel yang diuji mengandung fenol, alkohol, atau amin primer atau sekunder maka sering digunakan derivatisasi dengan asilasi yang merupakan reaksi yang paling umum. Derivatisasi dengan cara ini dilakukan dengan menggunakan asam asetat. Asilasi pada umumnya memberikan bentuk kromatogram yang baik.Asilasi dilakukan dengan menggunakan perfluoroanhidrida yang murni atau dalam pelarut, misalnya asetonitril dan etil asetat.
3. Alkilasi
Digunakan untuk menderivitasi alkohol, fenol, amina primer dan sekunder, imida, dan sulfhidril.Derivat dapat dibuat dengan sintesis Wiliamson, yakni alkohol atau fenol ditambah alkil atau benzil halida dengan adanya basa.
4. Sililasi
Derivat silil saat ini digunakan untuk menggantikan eter alkil untuk analisis sampel yang bersifat polar yang tidak mudah menguap.Derivat yang paling sering dibuat adalah trimetilsilil.
5. Kondensasi
Reaksi kondensasi dapat digunakan untuk derivatisasi amina yang mana pereaksinya mengandung gugus karbonil.Amina primer bereaksi dengan keton membentuk enamin atau bereaksi dengan karbon disulida membentuk isotiosianat.Aseton dan siklobutanon bereaksi dengan amin primer membentuk enamin yang menghasilkan puncak tunggal dalam KG.
6. Siklisasi
Penutupan gugus polar melalui siklisasi dilakukan pada senyawa yang mengandung 2 gugus fungsi yang kira-kira sangat mudah dibuat heterosiklis beratom 5 atau 6.Beberapa heterosiklis yang terbentuk adalah ketal, boronat, triazin, dan fosfit.Asam amino juga bereaksi dengan anhidrida asam atau klorida membentuk azlakton yang bersifat lebih volatil.