JURNAL ANALISIS INSTRUMEN PENETAPAN KADAR BENZENA, TOLUENA, DAN XYLENA DENGAN INTERNAL STANDARD Arief Fahmi,Aulia Oktavia,Billy Dimas Anggoro, Dwipayana,Elna Dwipayana,Elna Wita.
Abstrak
Telah dilakukan analisis suatu sampel campuran yang mengandung senyawa Toluena,Benzena dan Xylena secara internal standard dengan menggunakan kromatografi gas 2014. Pertama, dibuat standar tunggal dari masing-masing senyawa yaitu benzena, toluena, dan xylena, kemudian dibuat standar campuran xylena, toluena, dan benzena dengan volume masing-masing senyawa sebesar 1 ml. Sedangkan sampel yang diukur diukur merupakan sampel sintesis yang dibuat dengan mencampurkan 1 ml toluena, 1 ml xylena, dan 1 ml benzena. Standar tunggal, standar campuran dan sampel, ke dalam kolom dengan suhu injektor 170 °C , suhu detektor 200 °C, inisial temperatur 100 °C, waktu inisial 1 menit, rate 20 °C/ menit, temperatur akhir 150 °C, dan waktu akhir 1 menit. Dengan melakukan pengukuran standar tunggal didapatkan waktu retensi dari masing-masing senyawa sehingga dapat diidentifikasi puncak dari masing-masing senyawa pada standar campuran. Dengan membandingkan luas area puncak standar campuran dan sampel maka kadar senyawa benzena,toluena, dan xylena dalam sampel dapat diketahui. Didapatkan kadar benzena sebesar 47,00% , toluena sebesar 29,00 % dan xylena sebesar 23,00 %. Abstrack
Mixed sample that contains Tolluene, Benzene, and Xylene had been analyzed normalization internally by GC 2014. Firstly, individual standard from each; Tolluene, Benzene, and Xylene was made, then mixed standard from Tolluene, Benzene, and Xylene (each compounds 1 ml). Used synthesized sample by mixed 1 ml Tolluene, 1 ml Xylene, and 1 ml Benzene; as sample that would be measure. Individual standard, mixed standard, and sample into column at injector temperature 170 °C , detector temperature 200 °C, initial temperature 100 °C, initial time 1 minute, rate 20 °C/ minutes, final temperature 150 °C, final time 1 minute. By doing the individual standard measuring could known th time retention from each compounds in mixed standard. By comparing the peak’s area from mixed standard and sample therefore could known the percentage
of Tolluene, Benzene, and Xylene. Based on the analyzed known benzene 47,00%, tolluene 29,00 %, and xylene 23,00%.
• •
Pendahuluan
•
Xylene
Xylene merupakan bahan kimia yang memiliki rumus C 6H4(CH3)2. Nama lain dari xylene antara lain xylol, dan dimetilbenzene. Xylene memiliki berat molekul 106,17 gram/mol dengan komposisi karbon (C) sebesar 90,5% dan hidrogen (H) 9,5%. Xylene memiliki tiga isomer yaitu ortho-xylene, meta-xylene dan paraxylene. Xylene merupakan cairan tidak berwarna yang diproduksi dari minyak bumi atau aspal cair dan sering digunakan sebagai pelarut dalam industri (G.A.Jacobson dan S. McLean, 2003). Xylene pada aspal cair pertama
kali ditemukan pada pertengahan abad ke 19. Nama dari xylene berasal dari bahasa latin ”wood xulon” karena
xylene dapat diperoleh dari hasil destilasi kayu tanpa kehadiran oksigen (Richard L. Myers, 2007).
•
Toluena
Toluena, dikenal juga sebagai metilbenzena ataupun fenilmetana, adalah cairan bening tak berwarna yang tak larut dalam air dengan aroma seperti pengencer cat dan berbau harum seperti benzena. Toluena adalah hidrokarbon aromatik yang digunakan secara luas dalam stok umpan industri dan juga sebagai pelarut. Seperti pelarut-pelarut lainnya, toluena juga digunakan sebagai obat inhalan oleh karena sifatnya yang memabukkan.Toluena dapat pula ditemukan sebagai aditif dalam berbagai produk seperti cat kuku, rokok, bensin, pewarna, parfum, bahan peledak, cat dan thinner, perekat, serta barang -barang manufaktur lainnya. Bahan kimia ini dapat mempengaruhi kesehatan seseorang bila dihirup atau ketika air yang terkontaminasi dengan toluena tertelan. Meskipun memiliki berbagai bahaya, toluena masih belum digolongkan sebagai senyawa karsinogen.Orang yang merokok terpapar dengan toluena saat menghirup asap tembakau.Dalam kasus lain, orang bisa terpapar dengan toluena saat minum atau kontak dengan sumber air yang terkontaminasi. Kontaminasi terjadi saat terdapat kebocoran pada tangki penyimpanan atau ketika suatu industri melepaskan toluena ke lingkungan secara tidak sengaja. Toluena, juga dikenal sebagai toluol, methylbenzene, phenylmethane, dan methylbenzol, bersifat racun dan bisa membahayakan kesehatan. Bila terhirup, toluena dapat mempengaruhi sistem saraf serta mempengaruhi koordinasi tubuh dan menyebabkan sakit kepala, kebingungan serta pusing. Paparan konstan dengan senyawa ini bisa menimbulkan risiko kesehatan yang lebih serius yang dapat menyebabkan kematian. Seseorang yang menghirup toluena dalam jumlah besar akan menderita kehilangan pendengaran, tremor, kehilangan memori, serta gejala lainnya. Minum air yang terkontaminasi toluena dapat memicu gejala yang sama. Bahan kimia ini juga dapat mempengaruhi kesehatan hanya dengan kontak dengan kulit.
sifat toluena: 1.berupa zat cair yang tdk dpt larut dalam air tetapi dapat larut dalam alkhohol atau eter 2. dapat dioksidasikan dg oksidator kuatmenghasilkan as.benzoat 3. mengalami reaksi substitusi
•
Benzena
Benzena mempunyai rumus molekul C 6H6. Benzena, merupakan cairan tak berwarna dan mudah terbakar serta mempunyai bau yang manis. Benzena terdiri dari 6 atom karbon yang membentuk cincin, dengan
1 atom hidrogen berikatan pada setiap 1 atom karbon. Benzena merupakan salah satu jenis hidrokarbon aromaik siklik dengan ikatan pi yang tetap . Bila dibandingkan dengan heksana (C 6H14), maka seakan-akan benzene tampak sebagai suatusenyawa yang tidak jenuh, walaupun sesungguhnya tidak demikian. Kekule (1866) menetapkan bahwa molekul benzena mempunyai tiga buahikatan rangkap. Ikatan rangkap pada benzena tidak mudah dioksidasi seperti ikatan rangkap pada senyawa lain. Ikatan tersebut tidak tetap,melainkan dinamis dan tempatnya selang-seling tidak berurutan, sehinggarumus struktur benzena dapat digambarkan sebagai berikut.
Pada pengukuran dengan difraksi sinar X ternyata jarak antara atom-atom karbon dalam molekul benzena sama semua yaitu 1,39 Å. Hal itu berarti antara atom-atom C harus ada satu ikatan saja, yaitu suatu ikatan bukan ikatan tunggal, dan bukan pula suatu ikatan rangkap. Oleh karena itu dapat dikatakan bahwa benzena mempunyai suatu ikatan yang khas antara atom-atom C-nya, sehingga struktur benzena dinyatakan sebagai segi enam beraturan yang didalamnya terdapat suatu lingkaran.
Benzena mempunyai sifat-sifat sebagai berikut. a. Kurang reaktif b.Tidak dapat bereaksi adisi semudah alkena. c. Dapat mengalami reaksi substitusi d. Benzena merupakan suatu metotoksin, yaitu suatu zat yang dapat merusakkan sum-sum tulang dan menghambat pembentukan sel darah serta telah dibuktikan bahwa benzena bersifat karsinogen dalam binatang. •
Kromatografi Gas
Kromatografi Gas adalah proses pemisahan campuran menjadi komponen-komponennya dengan menggunakan gas sebagai fase bergerak yang melewati suatu lapisan serapan (sorben) yang diam. Fase diam dapat berupa zat padat atau zat cair, sedangkan fase bergerak dapat berupa zat cair atau gas. Dalam kromatografi fase bergerak dapat berupa gas atau zat cair dan fase diam dapat berupa zat padat atau zat cair. Banyaknya macam-macam kromatografi yang salah satunya adalah kromatografi gas, yang merupaka metode kromatografi pertama yang dikembangkan pada zaman instrumen dan elektronika. Kromatografi gas dapat dipakai untuk setiap campuran dimana semua komponennya mempunyai tekanan uap yang berarti, suhu tekanan uap yang dipakai untuk proses pemisahan. Tekanan uap atau keatsirian memungkinkan komponen menguap dan bergerak bersama-sama dengan fase gerak yang berupa gas. Kromatografi gas metode yang tepat dan cepat untuk memisahkan campuran yang sangat rumit. Waktu yang dibutuhkan beragam, mulai dari beberapa detik untuk campuran yang sederhana sampai berjam-jam untuk campuran yang mengandung 500-1000 komponen. Metode ini sangat baik untuk analisis senyawa organik yang mudah menguap seperti hidrokarbon dan eter. Analisis minyak mentah dan atsiri dalam buah telah dengan sukses dilakukan dengan tehnik ini. Efisien pemisahan ditentukan ditentukan dengan besarnya intera ksi antara sampel dan cairan, dengan menggunakan fase cair standar yang diketahui efektif untuk berbagai senyawa. Kromatografi gas terdiri dari beberapa alat diantaranya :
•
Tangki gas pembawa : Gas bertindak sebagai fasa gerak disebut juga gas pembawa (carierr gas). Gasgas pembawa yang biasa digunakan seperti helium, hidrogen (pembakaran) dan nitrogen (udara tekan). Helium digunakan bila detektornya TCD.
•
Alat pengatur tekanan (regulator), regulator digunakan unutk mengatur tekanan gas-gas yang digunakan. Selain itu, ada pengatur laju aliran gas (soap bubble flow rate meter). Bila karet ditekan akan muncul gelembung sabun, kemudian akan didorong oleh gas pembawa, sehingga gas pembawa dapat diukur kecepatan alirannya.
•
Injection port (tempat memasukkan cuplikan) adalah cabang unutk memasukkan cuplikan dengan cara penyuntikkan. Pada saat memasukkan cuplikan wa ktunya harus sesingkat mungkin. Suhu injection port harus lebih tinggi dari titik didih cuplikan (200c), kalau suhunya rendah dan memasukkan cuplikan terlalu lambat maka pita elusinya lebar dan HETP besar. Biasanya volume cuplikan berkisar 1- 20µl.
•
Kolom adalah tempat terjadinya proses pemisahan komponen-komponen cuplikan. Kolom ini ditempatkan di dalam oven bersuhu tinggi, sehingga komponen-komponen cuplikan tetap berupa uap. Jenis-jenis kolom sebagai berikut :
· Kolom Kapiler, permukaan dalamnya dilapisi dengan zat cair fase diam. Sifat- sifat zat cair (fase diam) yang diinginkan : •
Sukar menguap ( titik didih 2000c)
•
Mempunyai kestabilan panas
•
Inert secara kimia
•
Mempunyai sifat sebagai pelarut
•
Kolom isian, biasanya mengandung zat padat pendukung (solid support). Sifat-sifatnya zat padat pebdukung yang diinginkan.
•
Oven untuk memanaskan kolom pada suatu termostat. Suhu optimum yang digunakan tergantung pada :
•
Titik didih cuplikan
•
Tingkat pemisahan yang diinginkan, suhu kolom yang terlalu tinggi kurang baik karena jarak antara kurva elusi komponen yang satu dengan yang lainnya terlalu dekat sebaliknya bila suhu terlalu rendah jaraknya terlalu jauh.
•
Detektor adalah bagian unutk mendeteksi komponen-komponen yang keluar dari kolom. Detektor ini akan mengirimkan isyarat listrik ke alat pencatat (rekorder).
Detektor pada alat kromatografi gas ada beberapa macam, di antaranya adalah :
•
FID ( Flame Ionisasion Detector )
Secara ringkas prinsip kerja FID adalah mula-mula dialirkan udara dan hidrogen maka akan timbul pembakaran yang menimbulakan energi. Energi akan mengionisasi komponen-komponen yang nantinya akan keluar dari kolom. Molekul-molekul kolom tersebut berubah menjadi ion. Ion-ion positif akan tertarik ke elektroda negatif sehingga arus bertambah. Arus mengalir melalui tahanan dan menimbulkan selisih tegangan. Penurunan tegangan yang terjadi disalurkan melalui amplifier dan masuk ke dalam suatu rekorder (integrator). Bila suatu saat kromatografi gas menggunakan FID sebaiknya digunakan N2 sebagai gas pembawa. •
TCD
Detektor ini bekerja berdasarkan pada prinsip bahwa benda panas akan kehilangan laju yang bergantung pada susunan gas di sekitarnya. TCD biasanya terdiri atas suatu blok logam. Di dalam blok logam tersebut ditempatkan kawat hantar tipis yang berfungsi sebagai tahanan listrik dan merupakan dua tangan dari rangakaian jembetan weatstone (R1 dan R2). Bila ada komponen dari keluar dari kolom dan melalui kawat tahanan, maka suhu R1 dan R2 akan berubah, begitu pula tahanannya. Hal ini menyebabkan jembatan wheatstone menjadi tidak seimbang dan menimbulkan isyarat listrik. Isyarat listrik tersebut akan diteruskan ke rekorder. Rekorder akan mencatat isyarat ini dalam bentuk kromatogram. Bila suatu alat kromatografi gas menggunakan TCD sebagai detector, sebaiknya digunakan He sebagai gas pembawa. •
Rekorder ( alat pencatat yang berfungsi untuk mencatat isyarat-isyarat). Recorder yang banyak digunakan pada saat ini disebut integrator yang mempunyai fasilitas lebih lengkap daripada recorder biasa.
Analisa Kromatografi terdiri dari 2 bagian, yaitu bagian penganalisa dan bagian pengendali. Bagian penganalisa biasanya diletakkan di lapangan dekat titik pengambilan sampel, sedangakn bagian pe ngendali sampel terletak jauh di ruang kontrol. Bagian analiser terdiri dari katup-katup : kolom dan detektor. Bagian kontrol terdiri dari pemrogram, perekam dari unit dan pembantu seperti pemilih jalur dan unit memori. Cara kerja dari alat tersebut adalah: Campuran yang akan dipisahkan komponen-komponennya, dimasukkan ke dalam kolom yang mengandung fasa diam. Dengan bantuan fase gerak, komponen-komponen campuran itu kemudian dibawa bergerak melalui fase diam di dalam kolom. Perbedaan antaraksi atau afinitas antara komponen-komponen campuran itu dengan kedua fase, menyebabkan komponen-komponen itu bergerak dengan kecepatan berbeda melalui kolom. Akibat adanya perbedaan kecepatan (differential migration), komponen-komponen itu terpisah satu sama lain. Syarat suatu sampel untuk dianalisis di GC yaitu sampel harus dalam fase uap/ gas. Sampel yang berupa cairan diinjeksikan ke injektor. Di dalam injektor ada program suhu/ temperatur. Temperatur diset 100C dibandingkan titik didih cairan. Kelebihan kromatografi gas adalah: 1. Waktu analisis yang singkat dan ketajaman pemisahan yang tingga 2. Dapat menggunakan kolom lebih panjang untuk menghasilkan efisiensi pemisahan yang tinggi 3. Gas mempunyai vikositas yang rendah 4. Kesetimbangan partisi antara gas dan cairan berlangsung cepat sehingga analisis relatif cepat dan sensitifitasnya tinggi
5. Pemakaian fase cair memungkinkan kita memilih dari sejumlah fase diam yang sangat beragam yang akan memisahkan hampir segala macam campuran. Sedangkan kekurangan kromatografi gas adalah: 1. Teknik Kromatografi gas terbatas untuk zat yang mudah menguap 2. Kromatografi gas tidak mudah dipakai untuk memisahkan campuran dalam jumlah besar. pemisahan pada tingkat mg mudah dilakukan pemisahan pada tingkat gram mungkin dilakukan, tetapi pemisahan dalam tingkat pon atau ton sukar dilakukan kecuali jika ada metode lain. 3. Fase gas dibandingkan sebagian besar fase cair tidak bersifat reaktif terhadap fase diam dan zat terlarut. Metoda Penelitian
Metoda yang digunakan untuk menentukan kadar senyawa benzena, toluena, dan xilena adalah metoda Internal Standard l. Untuk tujuan analisis tertentu,hanya jumlah relative analit dalam suatu multi komponen yang dibutuhkan. Hal ini dinormalisasi ke 100 atau 1 dengan mengekspresikan jumlah relatif masing-masing analit dalam suatu multikomponen sebagai persentase total (jika digunakan normalisasi 100) atau fraksi (jika digunakan normali-sasi 1). Normalisasi internal merupakan nilai tertentu dalam kromatografi untuk tujuan kuantitatif yang mana beberapa sampel dapat ditentukan secara bersama-sama dan konsentrasi absolut tidak di butuhkan. Untuk analisis kuantitatif diasumsikan bahwa lebar atau tinggi puncak sebanding dengan konsentrasi atau konsentrasi zat yang menghasilkan puncak. Dalam metode yang paling sederhana, diukur lebar atau tinggi puncak, yang kemudian dinormalisasi (ini berarti bahwa setiap lebar atau tinggi puncak diekspresikan sebagai suatu persentase dari total). Hasil normalisasi dari lebar atau tinggi puncak memberikan komposisi dari campuran yang dianalisis. Komposisi relatif dihitung dari respon alat, dan untuk kasus kromatografi digunakan luas puncak masingmasing komponen dalam suatu campuran menggunakan rumus berikut: %X1 = Ax / ∑ x 100%
Yang mana: x, = salah satu komponen dari sebanyak n komponen A = luas puncak atau respon lain yang terukur. Ada dua hal yang harus diperhatikan jika menggunakan pen-dekatan ini untuk tujuan analisis, yaitu: (i) kita harus yakin bahwa kita telah menghitung semua komponen, yang tiap-tiap komponen muncul sebagai suatu puncakyang terpisah pada kromatogram. Hal ini disebabkan komponen-komponen dalam suatu campuran dapat, berkoelusi. ditahan di dalam kolom, atau terpisah secara sempurna tanpa terdeteksi, dan (ii) Rita harus mengasumsikan bahwa Rita memperoleh respons detektor yang sama untuk setiap komponen. Untuk mengatasi kesulitan ini, maka diperlukan kalibrasi detektor. Untuk menggunakan metode ini datam KCKT, beberapa kondisi harus dipenuhi: semua analit yang berada dalam sampel yang akan dianalisis harus terelusi dari kolom (tidak ada retensi yang bolak-balik), dengan resolusi yang cukup; dan lebih lanjut semua analit harus terdeteksi. Semua koefisien respon harus diketahui, pa ling tidak diperoleh secara eksperimental. Metode ini tidak dapat digunakan untuk menentukan persentase komponen apapun da lam suatu campuran jika koefisien respon tidak ada. Pada sisi yang lain, keuntungan metode ini adalah bahwa tidak diperlukan untuk mengetahui banyaknya sampel yang diinjeksikan.
•
Hasil dan Pembahasan
Tabel 1. Data Pengamatan Standar untuk Penentuan Response Faktor No. Nama 1 Toluena 2 Xylena 3 Benzena JUMLAH
V (ml)
%V
2 2 2 6
33,33 % 33,33 % 33,33% 99,99%
tR
Area
(V x ∑V)
% Area (Ax /∑A )
2,587 2,926 2,196
2783755019 1033918219 2500024729 6327692967
44,15% 16,34% 39,50%
RFx (%V / % Area) 0,755 2,04 0,84
Fx (RFx / RF1) 0,37 1 0,41
Tabel 2. Data Pengamatan Sampel No
Nama
tR
Area
Fx
1
Toluena
2,76
325656143
0,370
2 3
Xylena Benzena Jumlah
2,89 99157465 2,185 474647870
1 0,412
899961498
A terkoreksi (Area x Fx) 120492772,9 99157465 195554922,4 415205160,3
Cx (Atx/ ∑At)
0,29
0,23 0,47 0,99
Berdasarkan data yang terdapat pada tabel di atas, maka dapat diketahui kadar dari masing- masing senyawa benzene, xylene, dan toluene adalah sebagai berikut : I ) %V =
a. b. c.
Toluena Xylena Benzena
= 2/6 x 100% = 33,33% =2/6 x 100% = 33,33% =2/6 x 100% = 33,33%
II ) %Area =
a.
Toluena
= x 100% = 44,15%
b.
Xylena
= x 100% = 16,34%
c.
Benzena
= x 100% = 39,50%
III ) RFx =
a.
Toluena
= = 0,755
b.
Xylena
= = 2,04
c.
Benzena
= = 0,84
IV ) Fx = Toluena
=
b.
Xylena
= = 1
c.
Benzena
= = 0,412
V ) Cx =
•
a.
= 0,37
a.
Toluena
= = 0,29
b.
Xylena
= = 0,23
c.
Benzena
= = 0,47
Kesimpulan
Berdasarkan penetapan kadar Benzene, Toluene, dan Xylene dalam sampel sintesis secara normalisasi dengan kromatografi gas diperoleh luas area untuk Benzene 219223846, Toluene 96420851 dan Xylene 92572791. Luas area puncak sampel terkoreksi berbanding lurus dengan konsentrasi. Sehingga diperoleh konsentrasi masingmasing analit sebesar 44,68% untuk Benzene, 37,14 % untuk Xylene, dan 18,17% untuk Toluene.
•
Daftar Pustaka
•
http://haska.org/2012/09/14/kromatografi-gas-gas-chromatography/
•
Rohman, Abdul. 2009. Kromatigrafi Untuk Analisis Obat. Yogyakarta: Graha Ilmu.
•
http://id.wikipedia.org/wiki/Benzena
•
http://id.wikipedia.org/wiki/Toluena
