The 66th Blog: 06 Maret 2011

Kamis, 10 Maret 2011

Chem-Is-Try.Org | Situs Kimia Indonesia |

Fasa Diam Untuk Kromatografi Gas Cair (GLC)

Posted: 08 Mar 2011 10:06 PM PST

Pada GLC, 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.

a. Bahan Pendukung Padat

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.

Karakteristik bahan pendukung ideal :

Permukaan yang luas per unit volume, 1 sampai 20 sq m/gram.
Inert terhadap bahan kimia – reaksi kimia terhadap sampel sangat kecil.
Stabilitas termal tinggi
Diameter pori seragam dengan kisaran ukuran kurang dari 10μ
Bentuk partikel beraturan terutama yang berbentuk bola yang seragam.
Secara mekanik cukup kuat untuk menahan prosedur kolom kemasan tanpa disintegrasi atau pengelompokan

Belum ada bahan yang memenuhi semua karakteristik di atas, tetapi tersedia sejumlah bahan pendukung yang sesuai termasuk diatomite (diatomaceous earth, Kieselguhr), gelas, bubuk flourcarbon dan karbon hitam grafit. Lebih dari 90% dari kemasan kolom GLC menggunakan diatomaceous earth (Tanah diatomae) yang terdiri dari tulang/rangka diatom, alga sel tunggal.

b. Beberapa Aturan Umum untuk Pemilihan Bahan Pendukung

Fase Diam Non-Polar : Jika sampel yang akan dianalisa bersifat non-polar, maka tidak perlu diadakan perlakuan pendahuluan pada bahan pendukung. Jika sampel yang akan dianalisa adalah sampel polar maka bahan pendukung perlu dicuci dengan asam terutama jika fase diam memuat kurang dari 5%

Fase Diam Polar Sedang : Biasanya bahan pendukung dicuci dengan asam atau basa, bahan pendukung seharusnya di silanized jika digunakan pada pemuatan rendah.

Fase Diam Polar : Cairan polar cenderung menutup jalan sisi aktif , oleh karena itu hanya diperlukan perlakuan pendahuluan sedikit pada bahan pendukung. Bahan p endukung seharusnya dilakukan pencucian asam pada atau tidak ada perlakuan sama sekali. Pemuatan kurang dari 5% seharusnya di silanized.

Pencucian asam harus mengandung Carbowax, Ucon Oil dan polialkohol lainnya, sedangkan pada poliester dan silikon sebaiknya dilakukan pencucian basa.

Ukuran partikel yang biasanya dinyatakan dalam ukuran mesh, sebaiknya 1/8 diameter dalam tabung.

Pada GLC, pemisahan dapat terjadi karena adanya interaksi selektif antara bahan terlarut (analit) dengan fase cair diam. Semua bahan terlarut akan memerlukan waktu yang sama pada fase gas. Tabel 11.3 menunjukkan jenis interaksi yang terjadi antara bahan terlarut dan fase diam.

Fase diam cair yang digunakan pada kromatografi gas harus memiliki karakteristik :

Non-volatil – Tekanan uap harus dibawah 0,01 hingga 0,1 m pada temperatur operasional untuk keawetan umur kolom. Coloumn bleed dapat terjadi yang menimbulkan penurunan umur kolom dan mempengaruhi kerja detektor.
Stabilitas kimia – Fase diam seharusnya tidak breakdown atau tidak bereaksi dengan komponen komponen atau pelarut untuk membentuk peluruhan hasil.
Sifat sifat Pelarut yang Layak – Yaitu kekuatan melarutkan bahan terlarut untuk dipisahkan dengan berbagai selektifitas bahan terlarut.
Stabilitas Termal – Fase harus tidak breakdown pada temperatur melebihi temperatur operasional. Breakdown sering terjadi karena pengaruh bahan katalitik terhadap bahan pendukung.
Viskositas Rendah – Fase dengan viskositas rendah umumnya memberikan puncak yang tajam. Sebaiknya memiliki viskositas 1 poise atu kurang. Viskositas memberikan efek resistan pada transfer massa dalam fase cair (Cl)
Dapat larut dalam pelarut volatil – Hal ini boleh melapisi bahan pendukung

Dalam prakteknya hanya ada sedikit fase cair yang memenuhi semua syarat tersebut di atas.

c. Klasifikasi dan Pemilihan Fase Diam.

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. Perlu ditunjukkan bahwa tidak ada metode yang sangat mudah untuk memilih fase terbaik yang dapat memberikan pemisahan yang baik. Bagaimanapun beberapa operator mencoba dengan beberapa keberhasilan untuk mengembangkan kriteria kualitatif maupun kuantitatif untuk pemilihan dan klasifikasi fase diam.

Pendekatan Kualitatif
Dengan campuran komponen-komponen yang memiliki titik didih hampir sama tetapi berbeda komposisi kimianya, maka pemisahan harus benar-benar didasarkan pada kekuatan interaksi tiap analit (bahan terlarut) dengan fase diam. Dengan memvariasi polaritas fase diam maka interaksi yang terjadi dapat mengantarkan pada pemisahan komponen-komponen.

Pendekatan kualitatif ini didasarkan pada penyesuaian fase diam dengan komponen-komponen bahan terlarut untuk memberikan pemisahan yang terbaik.Baik bahan terlarut maupun fase diam dapat diklasifikasikan menurut sifat kimia dan terpilih pasangan-pasangan yang sangat cocok. Jenis pendekatan ini diteliti oleh Ewell dan asistennya.

Tabel 18.3. Prinsip Intermolecular Forces karakteristik dari interaksi solut/fase diam

Pendekatan Kuantitatif
Bila lebih dari tiga atau empat senyawa yang akan dipasahkan dengan sifat kimia yang berbeda, pendekatan empiris sering kali tidak cukup untuk memilih fase diam. Salah satu pendekatan sukses yang dilakukan pada pemilihan fase diam yang lebih baiktelah dikembangkan oleh Kovats yang merumuskan Indeks Retensi (Retention Index). Retention Index digunakan selanjutnya oleh Rohrschneider dan McReynolds untuk mengukur selektivitas dari fase diam.

Rabu, 09 Maret 2011

Chem-Is-Try.Org | Situs Kimia Indonesia |

Fasa Diam

Posted: 07 Mar 2011 09:51 PM PST

Fasa diam untuk kromatografi gas padat (GSC)

Kromatografi gas padat (GSC) tidak digunakan secara ekstensif sebagai teknik pemisahan dengan beberapa alasan yaitu :

Adsorpsi isoterm dalam GSC sering non-linear. Ini akan menghasilkan efek merugikan dilihat dari retensi waktu recovery sampel yang berubah-ubah dan puncak yang tidak simetris.
Area permukaan besar mengakibatkan waktu retensi yang lebih lama . Mengoperasikan kolom pada temperatur yang lebih tinggi untuk mengurangi waktu retensi akan mengakibatkan aktivitas katalis adsorben.
Adsorben lebih sulit distandarisasi dan disiapkan daripada fase cair.

GSC mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan GLC dan hal ini yang membuat GSC digunakan di beberapa bidang

Umumnya adsorben lebih stabil pada rentang temperatur yang lebih lebar
Adsorben tidak mudah diserang oleh oksigen.
Tidak terdapat kolom yang rusak sehingga dapat menggunakan detektor dengan sensitivitas tinggi.
Selektivitas GSC biasanya lebih besar daripada GLC untuk pemisahan geometrik dan isomer isotopik.
GSC juga sesuai untuk pemisahan gas-gas inorganik dan hidrokarbon dengan berat molekul rendah dimana biasanya GLC menunjukkan selektivitas kecil.

Adsorben utama yang digunakan dalam GSC sebagai fase diam adalah silika, alumina, karbon grafit dan penyaring molekular.

Adsorben Fase Diam
(a) Karbon

Bentuk yang paling sederhana diperoleh dari kelapa atau arang aktif yang tersedia dalam ukuran 80-1 mesh. Bahan ini masih terkontaminasi oleh elemen lain, konsistensi kecil dalam ukuran pori-pori dan jumlah sisi aktif. Biasanya tampak puncak berekor namun bahan ini murah. Kini telah ada dua macam adsorben karbon baru yaitu "Carbosieve dan Carbopack"

Carbosieve Merupakan karbon hitam aktif tinggi yang lebih homogen ukuran partikel daripada karbon aktif dan tidak tampak jelas puncak berekor. Memisahkan gas-gas permanen O₂, N₂, CO, CH₄, dan CO₂.

Carbopack Merupakan karbon grafit. Diperoleh dengan cara melewatkan metan pada karbon hitam pada 3000⁰C. Film carbon grafit dilapisi hingga menjadi partikel karbon padat. Senyawa akan mudah teradsorbsi atau desorbsi dari film. Dapat memisahkan senyawa polar tinggi seperti SO₂, CO dan H₂S dan senyawa dengan berat molekul cukup tinggi hingga C₁₀ alkohol normal.

(b) Silika

Gel silika
Silika berpori (spherosil, Porasil) dengan ukuran pori-pori dan area permukaan berbeda.

Sifat adsorpsi silika bergantung pada preparasinya. Gel silika menyerap air dengan kuat dan hasil kromatografinya dipengaruhi oleh jumlah air teradsorbsi. Diaktivasikan lebih dahulu dengan menggunakan gas pembawa yang dipanaskan pada 150⁰ C. Hasil yang dicapai berubah sesuai dengan jumlah air yang teradsorbsi.

(c) Alumina

Merupakan senyawa yang kering sekali dan sangat aktif serta memberikan volume retensi yang tinggi. Polaritas diukur oleh retensi etena relatif terhadap etana dan propana. Ini akan mencapai minimum bila kandungan air dari alumina sesuai dengan pemenuhan monolayer ( 2% W/W). Deaktivasi dengan 2% silikon atau air dapat memisahkan alkana C1-C4,alkena, asetilen dan pentana. Permukaan dapat dimodifikasi dengan gugus garam I dan II yaitu LiCl (5-20%).

Garam-garam ini akan :

menurunkan area permukaan 20 plat / cm
mempercepat komponen-komponen yang di elusi
dengan waktu retensi rendah maka material dengan berat molekul tinggi dapat dipisahkan.
dapat berinteraksi secara kimia dengan komponen-komponen.

(d) Penyaring Molekular

Penyaring molekular adalah nama umum yang diberikan untuk zeolit buatan yang merupakan aluminosilikat dari natrium, kalium dan kalsium. Bahan tersebut terdiri dari jaringan regular silikat dengan diameter pori d yang besarnya kurang atau sama dengan molekul bahan terlarut. Oleh karena itu silikat betindak sebagai penyaring. Penyaring molekular lebih mudah dikemas, tahan lama dan memiliki high batch uniformity. Penyaring molekular yang digunakan dalam kromatografi gas adalah 4A, 5A 10X dan 13X dengan pengaturan jarak masing-masing 4A, untuk 4A dan 5A serta 10A untuk 13X.

Struktur yang representatif 4A adalah :

Na₁₂ (AlO₂) (SiO₂) ₁₂. 27H₂O.

Air dan CO₂ secara jelas teradsorbsi dan memberi efek nyata pada waktu retensi. Zeolit harus dibakar pada (300-500)⁰C selama 4-5 jam.

Kolom dapat dikondisikan dengan menjalankan gas kering pada (300-400)⁰C selama 2 jam.

Gambar 18.11. Pemisahan campuran oksigen – nitrogen pada penyaring molekuler 5A dan 13X

Sebagai hasil dari kemampuannya untuk mengadsorpsi O₂, N₂, CO₂ dan air, zeolit digunakan dalam pengeringan dan pemurnian gas-gas. Biasanya dipakai dalam GC untuk memurnikan gas pembawa. Dengan menggunakan 5A pemisahan H₂, O₂, N₂, CO, C₂, H₆, dan CO₂ dapat tercapai dengan baik.

Butiran Polimer Berpori

Rangkaian butiran polimer hidrokarbon aromatik microporous telah dipasarkan dengan nama Porapak, Polypak, {hasepak, Chromosorb 102 dan telah diaplikasikan secara ekstensif pada Kromatografi Gas Padat. Karakteristik senyawa ini :

Kemasan butiran dengan area permukaan dan secara fisik memiliki struktur yang kuat.
bermacam-macam ukuran mesh dan tingkat polaritas
Dapat dicapai hingga 250⁰C

Bahan ini memerlukan kondisi awal untuk memindahkan polimer dengan berat molekul rendah. Tidak akan terjadi coloumn bleed yang dapat mempengaruhi dasar kromatogram sampai terjadi kerusakan komposisi. Puncak berekor minimal ditemukan untuk senyawa polar dan non-polar. Air adalah komponen lain pada kolom polimer.

Butiran polimer berpori telah diaplikasikan dalam analisa senyawa violatil anorganik dan organik terutama untuk sampel dengan bentuk puncak yang lemah dengan menggunakan kolom kemasan dengan lapisan diatomik khususnya air, asam formaldehida karboksilat dan gas-gas anorganik. Belum banyak diketahui mekanisme retensi, beberapa pendapat menyatakan bahwa pada temperatur rendah bahan terlarut tertahan oleh absorbsi, sedangkan pad temperatur tinggi polimer berperilaku seperti umumnya cairan. Pada Tabel 12.2 merupakan daftar macam polimer yang digunakan dalam kromatografi gas dan berbagai penggunaannya.

Tenax-GC adalah polimer berpori yang unik dan memeiliki stabilitas termal yang tinggi serta memungkinkan dioperasikan secara isoterm pada 375⁰C dan 400⁰C pada pemisahan temperatur terprogram. Tenax-GC adalah polimer linear dari p -256-diphenyl-phenylene-oksida.

Gambar 18.12. Struktur Tenax-GC

Tabel 18.2. Sampel Yang Sesuai Untuk Pemisahan Pada Butiran Polimer Berpori

Selasa, 08 Maret 2011

Chem-Is-Try.Org | Situs Kimia Indonesia |

Indeks Retensi

Posted: 06 Mar 2011 09:31 PM PST

Dengan mengambil hubungan antara sederetan senyawa homologi bahwa logaritma waktu retensi yang disesuaikan (log t'R) dalam kolom yang diberikan pada temperatur yang telah ditetapkan (isotermal) adalah linier, maka Kovats dapat menyatakan semua senyawa tanpa memandang sifat kimianya seolah-olah sebagai n-paraffin. Skala arbitary 100 unit di pakai sebagai perbedaan antara dua paraffin yang berbeda satu nomor karbon. Paraffin heksana, heptana, oktana dan nonana dengan jumlah karbon 6, 7, 8,dan 9 beturut-turut dialokasikan pada nilai 600, 700, 800 dan 900 pada Retention Index System (Gambar 18.9.)

Gambar 18.9. Hubungan indeks retensi (I) terhadap waktu retensi (tR)

Sekarang benzena dialirkan pada kolom diatas maka logaritma dari waktu retensi yang disesuaikan = 13,8 sehingga benzene ekuivalen pada paraffin dengan karbon 6,5 dan Index I = 650.

Perhitungan Indeks Retensi

Indeks suatu senyawa dapat dihitung . Untuk menghitung Indeks suatu senyawa, maka senyawa tersebut harus terletak di antara dua paraffin yang dipisahkan oleh satu jumlah karbon. Waktu retensi yang disesuaikan dari senyawa tersebut dan dua standar paraffin harus ditentukan.

Untuk kolom yang dioperasikan secara isotermal

dimana :
I= Indeks Retensi
X= Senyawa yang dipilih
Z= alkana normal (n-paraffin) dengan jumlah karbon Z yang muncul sebelum X
Z + 1 = alkana normal (n-paraffin) dengan jumlah karbon Z + 1 yang muncul setelah X

Daftar dibawah adalah perhitungan Indeks Retensi, I untuk butan-2-on dengan menggunakan waktu retensi yang diukur dalam mm dari perekam tabel pada kecepatan konstan.

Pengaruh Temperatur pada Indeks retensi (I)

Ketergantungan temperatur Retention Index adalah fungsi hiperbolik yang dideskripsikan sebagai :

dimana :
I (T) =Indeks Retensi pada temperatur
T =Temeperatur dalam ^oK
A, B, C =Konstanta ditentukan secara eksperimental

Hubungan tersebut dapat berupa garis lurus (linear), bagian dari substansi polaritas rendah pada fase diam non-polar.

Kondisi Temperatur Terprogram

Di bawah kondisi temperatur terprogram, perkiraan hubungan linear antar temperatur elution dan jumlah karbonnya :

temperatur kolom awal adalah rendah.
dipertimbangkan hanya pada jumlah karbon yang relatif terbatas Dibawah kondisi tersebut maka :

Kesalahan dari persamaan diatas terutama muncul dari pengaruh perubahan suhu pada instrumen, aliran gas pembawa, dan ketidaktepatan pengukuran waktu retensi dan umur kolom.

Hubungan Indeks Retensi vs Temperatur Kolom

Untuk fase cair yang telah diberikan plot Retention Indeks vs temperatur kolom dapat dipertimbangkan berupa garis lurus. Setiap senyawa untuk fase tertentu akan memiliki hubungan yang berbeda sesuai kemiringan dan nilai indeks. Hal ini dapat digunakan untuk memperkirakan nilai indeks pada temperatur yang berbeda dan dapat menjadi alat (penolong) dalam teknik pergeseran puncak dalam indentifikasi kualitatif.

Gambar 18.10. Hubungan Indeks Retensi vs Temperatur Kolom

Penggunaan Sistim Indeks Retensi

Indeks Retensi sangat bagus untuk menjawab pertanyaan :

Apakah suatu kolom A dapat memisahkan komponen-komponen yang dimaksud?
Dengan tersedianya beberapa kolom, kolom manakah yang akan bekerja paling baik ?
Tampilan senyawa A, B, C, D pada kolom tertentu.
Identitas dari puncak tak dikenal ASTM = Special Publication AMD-25A.

O.E. Schupp and J.S. Lewis (editors). Compilation of Gas Chromato-graphic Data

ASTM Special Publication AMD-25A. ASTM Philadelphia, USA

Tidak ada petunjuk pemecahan dalam indeks retensi. Indeks bergantung pada senyawa (analit), temperatur dan fase diam.

Contoh Kerja : Penggunaan Indeks Retensi Kovats

Acuan pada Index Data :
ASTM Gas Chromatographic Data Compilation
Catalog AMD 25A (1967)
Catalog AMD 25A S-1 (1971)

Terdapatempat fase cair yang tersedia di laboratorium

SE-30 non-polar silicone
Apiezon L non-polar hydrocarbon
QF-1 polar fluorinated silicone
Carbowax 20M polar polyether

Harga Retention Index (120⁰C) ASTM Reference

HASIL

Satu puncak tampak menggunakan SE-30
Dua puncak tampak menggunakan Apiezon L
Empat puncak tampak tidak terpisah dengan baik dengan
menggunakan QF-1
Empat puncak tampak terpisah dengan baik dengan menggunakan
Carbowax 20M

Senin, 07 Maret 2011

Chem-Is-Try.Org | Situs Kimia Indonesia |

Pengoperasian Kolom Kromatografi

Posted: 05 Mar 2011 09:12 PM PST

Dengan mempertimbangkan efek temperatur dan tekanan dalam kromatografi gas,maka lebih digunakan volume retensi daripada waktu retensi.

Volume Retensi dan Volume Retensi spesifik Vg

Hubungan antara waktu retensi dan volume retensi adalah :

VR = tR F

dimana : VR = volume retensi
tR = waktu retensi
Fc= aliran gas dari kolom keluar

Laju aliran Fc ini yang normalnya ada ke atmosfer diberikan oleh persamaan

dimana :
Fc= Aliran gas
Fm= aliran yang terukur
P= tekanan pada akhir kolom
P H2O = Tekanan uap air
T c = Temperatur kolom dalam oK
T a = Temperatur ruangan dalam oK

Hubungan antara volume retensi dan waktu retensi yang diikuti oleh persamaan tersebut maka :

Volume gas yang terhambat Vm = Tm Fc

Volume retensi yang disesuaikan
V' R = VR – VM
= Fc (tR –tM)

Koreksi untuk Tekanan dalam Kolom

Dalam sistem yang mengalir dimana fluida adalah kepadatan tekanan yang dimampatkan dan kecepatannya akan berbeda pada tiap-tiaptitik pada kolom. Aliran gas pembawa jika diukur pada bagian akhir kolom, nilainya harus disesuaikan dengan tekanan rata-rata dalam kolom dengan mengaplikasikan faktor kompresibilitas, j :

dimana : Pi dan Po adalah masukan absolut (i) dan tekanan
keluaran (o) dari gas pembawa.

Demikian juga untuk kecepatan gas harus di sesuaikan pada kondisi rata-rata.

Gabungan dari compresibility menaikan volume retensi terkoreksi Vo :

Volume Retensi Netto

Volume retensi netto adalah di dapat dari volume retensi disesuaikan

Volume Retensi Spesifik Vg

Volume retensi spesifik Vg adalah hubungan dasar antara kromatografi gas dan pertimbangan efek daro temperatur dan berat fase diam pada volume netto VN. Jumlah ini tidak tergantung pada peralatan dan merupakan volume retensi terkoreksi pada 0^oC per gram fase diam.