LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA ANALITIK INSTRUMEN PENENTUAN KADAR XILENA DALAM SAMPEL PERTAMAX DENGAN METODE KROMATOGRAFI GAS Disusun untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah praktikum kimia analitik instrumen Dosen : Wiji, M.Si.
Oleh : Kelompok 3 Aan Anih (0700538) Hendri Awaludin Hidayat (0700570) Iis Rosliana (0700521)
LABORATORIUM KIMIA INSTRUMEN JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA 2010
Tanggal Praktikum : 23 Oktober 2009
KROMATOGRAFI GAS A. Tujuan Praktikum Menentukan kadar xilena dalam sampel pertamax menggunakan instrumentasi kromatografi gas (GC). B. Tinjauan Pustaka Kromatografi adalah suatu teknik pemisahan komponen-komponen dalam suatu campuran berdasarkan perbedaan distribusi komponen-komponen ke dalam 2 fasa, yaitu fasa gerak dan fasa diam. Fasa diam akan menahan komponen campuran sedangkan fasa gerak akan melarutkan komponen campuran. Perbedaan distribusi ini disebabkan oleh adanya perbedaan interaksi antara komponen-komponen dalam suatu campuran dengan fasa diam dan fasa geraknya. Interaksi ini adalah adsorbsi, partisi, penukar ion dan gel permiasi. Komponen yang interaksi dengan fasa diamnya lebih kuat dibanding dengan fasa geraknya maka komponen itu akan tertahan lebih lama di dalam fasa diam, begitupun sebaliknya. Prinsip kromatografi gas hampir sama dengan prinsip kromatografi kolom. Terdapat tiga aspek yang membedakan antara keduanya, yaitu : 1.
Pada kromatografi kolom, fasa geraknya adalah cairan dan
fasa diamnya dapat berupa zat cair atapun zat padat, sedangkan pada kromatografi gas fasa geraknya adalah gas dan fasa diamnya adalah adsorben padat. 2.
Kelarutan komponen di fasa gerak hanya merupakan fungsi
dari tekanan uapnya saja. 3.
Temperatur sistem dapat dikontrol. Mekanisme kerja kromatografi gas adalah sebagai berikut : gas
bertekanan tinggi dialirkan ke dalam kolom yang berisi fasa diam, kemudian cuplikan diinjeksikan ke dalam aliran gas dan ikut terbawa oleh gas ke dalam
kolom. Di dalam kolom akan terjadi proses pemisahan cuplikan menjadi komponen-komponen penyusunnya. Komponen-komponen tersebut satu per satu akan keluar kolom dan mencapai detektor yang diletakkan di ujung akhir kolom. Hasil pendeteksian direkam oleh rekorder
dan dikenal sebagai
kromatogram. Jumlah peak pada kromatogram menyatakan jumlah komponen yang terdapat dalam cuplikan dan kuantitas suatu komponen ditentukan berdasarkan luas peaknya. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut (www.chromatography-online.org) :
Gambar 1.1 Diagram kromatografi gas Komponen-Komponen Kromatografi Gas 1.
Gas Pembawa Gas pembawa harus bersifat inert artinya gas ini tidak bereaksi dengan
cuplikan ataupun fasa diamnya. Gas ini disimpan dalam silinder baja bertekanan tinggi sehingga gas ini akan mengalir cepat dengan sendirinya. Karena aliran gas yang cepat inilah maka pemisahan dengan kromatografi gas berlangsung hanya dalam beberapa menit saja. Gas pembawa yang biasa digunakan adalah gas argon, helium, hidrogen dan nitrogen. Gas nitrogen memerlukan kecepatan alir yang lambat (10 cm/detik) untuk mencapai efisiensi yang optimum dengan HETP (High Eficiency Theoretical Plate) minimum. Sementara hidrogen dan helium dapat dialirkan lebih cepat untuk mencapai efisiensi optimumnya, 35 cm/detik untuk gas hidrogen dan 25 cm/detik untuk helium. Dengan kenaikan laju alir, kinerja hidrogen berkurang sedikir demi sedikit sedangkan kinerja nitrogen berkurang secara drastis.
Semakin cepat solut berkesetimbangan di antara fasa diam dan fasa gerak maka semakin kecil pula faktor transfer massa. Difusi solut yang cepat membantu mempercepat kesetimbangan di antara dua fasa tersebut, sehingga efisiensinya meningkat (HETP nya menurun). Pada kecepatan alir tinggi, solut berdifusi lebih cepat melalui hidrogen dan helium daripada melalui nitrogen. Hal inilah yang menyebabkan hidrogen dan helium memberikan resolusi yang lebih baik daripada nitrogen. Hidrogen memiliki efisiensi yang relatif stabil dengan adanya perubahan kecepatan alir. Namun, hidrogen mudah meledak jika terjadi kontrak dengan udara. Biasanya, helium banyak digunakan sebagai penggantinya. Kotoran yang terdapat dalam carrier gas dapat bereaksi dengan fasa diam. Oleh karena itu, gas yang digunakan sebagai gas pembawa yang relatif kecil sehingga tidak akan merusak kolom. Biasanya terdapat saringan (molecular saeive) untuk menghilangkan kotoran yang berupa air dan hidrokarbon dalam gas pembawa . Pemilihan gas pembawa biasanya disesuaikan dengan jenis detektor. 2.
Sistem Injeksi Sampel Sampel dapat berupa gas atau cairan dengan syarat sampel harus
mudah menguap saat diinjeksikan dan stabil pada suhu operasional (50°-300° C). Injektor berada dalam oven yang temperaturnya dapat dikontrol. Suhu injektor biasanya 50° C di atas titik didih cuplikan. Jumlah cuplikan yang diinjeksikan sekitar 5 µL. Tempat pemasukkan cuplikan cair pada kolom pak biasanya terbuat dari tabung gelas di dalam blok logam panas. Injeksi sampel menggunakan semprit kecil. Jarum semprit menembus lempengan karet tebal disebut septum yang mana akan mengubah bentuknya kembali secara otomatis ketika semprit ditarik keluar.(www.chem-is-try.org) Untuk cuplikan berupa gas dapat dimasukkan dengan menggunakan alat suntik gas (gas-tight syringe) atau kran gas (gas-sampling valve). Alat pemasukan cuplikan untuk kolom terbuka dikelompokkan ke dalam dua kategori yaitu injeksi split (split injection) dan injeksi splitless (splitless injection). Injeksi split dimaksudkan untuk mengurangi volume
cuplikan yang masuk ke kolom. Cuplikan yang masuk biasanya hanya 0,1 % hingga 10 % dari 0,1-2 µL, sementara sisanya dibuang.
Gambar 1.2 Sistem injeksi split Sedangkan injeksi splitless lebih cocok digunakan untuk analisa renik. 3.
Kolom Kolom pada umumnya terbuat dari baja tahan karat atau terkadang
dapat terbuat dari gelas. Kolom kaca digunakan bila untuk memisahkan cuplikan yang mengandung komponen yang dapat terurai jika kontak dengan logam. Diameter kolom yang digunakan biasanya 3 mm – 6 mm dengan panjang antara 2-3 m. kolom dibentuk melingkar agar dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam oven ( thermostat ). Kolom adalah tempat berlangsungnya proses pemisahan komponen yang terkandung dalam cuplikan. Di dalam kolom terdapat fasa diam yang dapat berupa cairan, wax, atau padatan dengan titik didih rendah. Fasa diam ini harus sukar menguap, memiliki tekanan uap rendah, titik didihnya tinggi (minimal 100º C di atas suhu operasi kolom) dan stabil secara kimia. Fasa diam ini melekat pada adsorben. Adsorben yang digunakan harus memiliki ukuran yang seragam dan cukup kuat agar tidak hancur saat dimasukkan ke
dalam kolom. Adsorben biasanya terbuat dari celite yang berasal dari bahan diatomae. Cairan yang digunakan sebagai fasa diam di antaranya adalah hidrokarbon bertitik didih tinggi, silicone oils, waxes, ester polimer, eter dan amida. (The Techniques) Pemilihan fasa diam juga harus disesuaikan dengan sampel yang akan dipisahkan. Untuk sampel yang bersifat polar sebaiknya digunakan fasa diam yang polar. Begitupun untuk sampel yang nonpolar, digunakan fasa diam yang nonpolar agar pemisahan dapat berlangsung lebih sempurna. Tabel 1: Struktur fasa diam dan sifatnya Struktur Fasa Diam
Sifat Rtx®/MXT®-1 100%
dimethyl
polysiloxane Stable to 360°C Polarity: non-polar Uses: solvents, petroleum products,
pharmaceutical
samples, waxes tx®/MXT®-1301, Rtx®/MXT®-624 6% cyanopropylphenyl 94% dimethyl polysiloxane Stable to 280°C Polarity: slightly polar Uses: volatile compounds, insecticides,
residue
solvents in pharmaceutical products
Rtx®/MXT®/XTI®-5 5%
diphenyl
-
95%
dimethyl Polysiloxane Stable to 360°C Polarity: non-polar Uses: flavors, environmental samples,
aromatic
hydrocarbons Rtx®/MXT®-35 35%
diphenyl
-
65%
dimethyl Polysiloxane Stable to 300°C Polarity:
intermediately
polar Uses: pesticides, Aroclors, amines, nitrogen
containing
herbicides Rtx®/MXT®-20 20%
diphenyl
-
80%
dimethyl Polysiloxane Stable to 310°C Polarity: slightly polar Uses: volatile compounds, alcohols
Rtx®/MXT®-50 50% phenyl - 50% methyl Polysiloxane Stable to 340°C Polarity:
intermediately
polar Uses: triglycerides, phthalate esters, steroids, phenols Rtx®/MXT®-1701 14% cyanopropylphenyl 86% dimethyl polysiloxane Stable to 280°C Polarity:
intermediately
polar Uses: pesticides, Aroclors, alcohols, oxygenates Rtx®/MXT®-200 trifluoropropylmethyl polysiloxane Stable to 360°C Polarity: selective for lone pair Electrons Uses: environmental samples, solvents, ketones, alcohols
Freons
,drugs,
Rtx®/MXT®-65TG 65%
diphenyl
-
35%
dimethyl Polysiloxane Stable to 370°C Polarity:
intermediately
polar Uses: triglycerides,
rosin
acids, free fatty acids Rtx®-2330 90% biscyanopropyl - 10% cyanopropylphenyl polysiloxane Stable to 275°C Polarity: very polar Uses: FAMEs,
cis/trans
and dioxin isomers, rosin acids Stabilwax®/MXT®-WAX Carbowax® PEG Stable to 250°C Polarity: polar Uses: FAMEs,
flavors,
acids, amines, solvents, xylene isomers Rtx®-225 50% cyanopropylphenyl 50% phenylmethyl polysiloxane Stable to 260°C
Polarity: polar Uses: FAMEs, carbohydrates (www.resteek.com) Ada dua tipe kolom yang biasa digunakan dalam kromatografi gas, yaitu kolom pak (packed column) dan kolom terbuka (open tubular column). •
Kolom pak (packed column) Kolom pak terbuat dari stainless steel atau gelas Pyrex. Gelas Pyrex
digunakan jika cuplikan yang akan dipisahkan bersifat labil secara termal. Diameter kolom pak berkisar antara 3 – 6 mm dengan panjang 1 – 5 m. kolom diisi dengan zat padat halus sebagai zat pendukung dan fasa diam berupa zat cair kental yang melekat pada zat pendukung. Kolom pak dapat menampung jumlah cuplikan yang banyak sehingga disukai untuk tujuan preparatif. Kolom yang terbuat dari stainless steel biasa dicuci dengan HCl terlarut, kemudian ditambah dengan air diikuti dengan methanol, aseton, metilen diklorida dan n-heksana. Proses pencucian ini untuk menghilangkan karat dan noda yang berasal dari agen pelumas yang digunakan saat membuat kolom. Kolom pak diisi dengan 5% polyethylene glycol adipate dengan efisiensi kolom sebesar 40,000 theoretical plates.
Gambar 1.3 Kolom pak (elchem.kaist.ac.kr)
•
Kolom terbuka (open tubular column) Kolom terbuka terbuat dari stainless steel atau quartz. Berdiameter
antara 0,1 – 0,7 mm dengan panjang berkisar antara 15 - 100 m. semakin panjang kolom maka akan efisiensinya semakin besar dan perbedaan waktu retensi antara komponen satu dengan komponen lain semakin besar dan akan meningkatkan selektivitas. Penggunaan kolom terbuka memberikan resolusi yang lebih tinggi daripada kolom pak. Tidak seperti pada kolom pak, pada kolom terbuka fasa geraknya tidak mengalami hambatan ketika melewati kolom sehingga waktu analisis menggunakan kolom ini lebih singkat daripada jika menggunakan kolom pak. Jenis-jenis kolom terbuka :
Wall Coated Open Tubular Column (WCOT)
Fasa diamnya berupa cairan kental dilapiskan secara merata pada dinding dalam kolom.
Support Coated Open Tubular Column (SCOT)
Partikel zat pendukung (silica atau aluminium) ditempelkan pada dinding dalam kolom. Adsorben ini dilapisi oleh cairan kental sebagai fasa diam untuk meningkatkan luas permukaan yang nantinya akan memungkinkan untuk menampung volum cuplikan yang lebih banyak. Jenis ini cocok untuk memisahkan zat dengan konsentrasi yang sangat kecil. Kolom ini menghasilkan resolusi yang tinggi.
Porous Layer Open Tubular Column (PLOT)
Partikel zat padat yang ditempelkan pada dinding kolom bertindak sebagai fasa diam.
Gambar 1.4 Jenis-jenis kolom terbuka 4.
Termostat Termostat (oven) adalah tempat penyimpanan kolom. Suhu kolom
harus dikontrol. Temperatur kolom bervariasi antara 50ºC - 250ºC. Suhu injektor lebih rendah dari suhu kolom dan suhu kolom lebih rendah daripada suhu detektor. Suhu kolom optimum bergantung pada titik didih cuplikan dan derajat pemisahan yang diinginkan. Operasi GC dapat dilakukan secara isotermal dan terprogram. Analisis yang dilakukan secara isotermal digunakan untuk memisahkan cuplikan yang komponen-komponen penyusunnya memiliki perbedaan titik didih yang dekat, sedangkan sistem terprogram digunakan untuk memisahkan cuplikan yang perbedaan titik didihnya jauh. 5.
Detektor Detektor berfungsi untuk mendeteksi komponen-komponen yang telah
terpisahkan yang mengalir bersama fasa gerak keluar kolom. Detektor dipilih berdasarkan tingkat konsentrasi yang diukur dan sifat dasar komponenkomponen yang akan dipisahkan. Macam-macam detektor : •
Detektor Konduktifitas Termal ( Katherometer) Detektor ini paling banyak digunakan untuk analisis mikrogram.
Detektor ini menggunakan serabut logam yang dipanaskan untuk mendeteksi
perubahan konduktivitas termal dari aliran gas pembawa. Dua pasang serabut tersusun dalam rangkaian jembatan Wheatstone. Kedua serabut dalam ruas yang berseberangan dan jembatan itu dilalui oleh gas pembawa murni, sementara kedua serabut lain dilalui oleh efluen yang berasal dari kolom kromatografi. Bila hanya gas pembawa yang melewati dua serabut tersebut, maka jembatan akan seimbang. Namun bila ada komponen cuplikan dalam gas
pembawa
maka
jembatan
akan
tidak
seimbang
lagi.
Jarak
ketidakseimbangan ini adalah ukuran dari konsentrasi komponen yang telah terpisahkan.
Gambar 1.5 Detektor konduktifitas termal •
Detektor Pengionan Nyala (Foto Ionize Detektor) Prinsip detektor ini adalah efluen yang keluar dari kolom dicampur
dengan hidrogen dan dibakar di udara dan menghasilkan radikal CH yang selanjutnya menghasilkan ion CHO+ dalam nyala hidrogen udara. (kimia pemisahan) CHO + O → CHO+ + eCHO+ ini bergerak ke katoda di atas nyala. Arus yang mengalir di antara katoda dan anoda diukur oleh detektor dan diterjemahkan sebagai sinyal oleh rekorder. Detektor ini jauh lebih peka dibanding detektor konduktivitas termal apalagi jika digunakan nitrogen sebagai gas pembawa.
Gambar 1.6 Detektor pengionan nyala (hiq.linde-gas.com) •
Detektor Penangkapan Elektron (Electron Capture
Detector) Detektor ini memanfaatkan fenomena rekombinasi yang didasarkan pada penangkapan elektron oleh senyawa yang berafinitas terhadap elektron bebas. Jadi, detektor ini mengukur berkurangnya arus listrik. Gas pembawa yang dapat digunakan adalah nitrogen kering atau 5% metana dalam argon. Dapat juga menambahkan nitrogen bila H2 atau He digunakan sebagai carrier gas. Detektor ini peka terhadap senyawa yang mengandung halogen, karbonil terkonjugasi, nitro, nitril dan organologam. Akan tetapi, detektor ini tidak peka terhadap hidrokarbon, alkohol dan keton.
Gambar 1.7 Detektor Penangkapan elektron
•
Detektor Fotometri Nyala Detektor ini merupakan fotometer emisi optik yang berfungsi untuk
mendeteksi senyawa-senyawa yang mengandung fosfor atau belerang seperti pestisida dalam polutan udara. Solut yang telah terpisahkan dari campurannya memasuki nyala hidrogen di udara. Fosfor dan belerang tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi lalu melepaskan energi dalam bentuk cahaya. Cahaya ini dapat diisolasi dengan filter dan dideteksi dengan tabung fotomultifier. •
Detektor Nyala Alkali Detektor nyala alkali merupakan modifikasi dari FID yang selektif
terhadap fosfor dan nitrogen. Detektor ini digunakan dalam analisis obatobatan. Gas pembawa yang digunakan adalah nitrogen, hidrogen dan helium untuk cuplikan yang mengandung fosfor. Nitrogen tidak dapat digunakan untuk menganalisis cuplikan yang mengandung nitrogen. Ion yang dihasilkan ketika unsur yang berkontak dengan gelas yang mengandung Rb2SO4 pada ujung pembakar membentuk arus yang dapat diukur.
Gambar 1.8 Detektor nyala alkali •
Detektor Spektroskopi Massa Spektrometer massa disambungkan dengan keluaran GC. Ketika gas
solut memasuki spektrometer massa maka molekul senyawa organik
ditembaki dengan elektron berenergi tinggi. Molekul tersebut pecah menjadi molekul-molekul yang lebih kecil dan terdeteksi berdasarkan massanya yang digambarkan sebagai spektra massa. 6.
Rekorder Rekorder berfungsi sebagai pencetak hasil percobaan pada lembaran
kertas
berupa kumpulan
puncak,
yang selanjutnya disebut sebagai
kromatogram. Seperti
telah
diberitahukan
di
awal,
jumlah
puncak
dalam
kromatogram menyatakan jumlah komponen penyusun campuran. Sedangkan luas puncak menyatakan kuantitas komponennya. Waktu retensi (Tr) adalah waktu yang digunakan oleh komponen untuk bergerak sepanjang kolom menuju detektor. Waktu retensi sangat bervariasi dan bergantung pada titik didih senyawa, kelarutan dalam fasa cair dan temperatur kolom. Oleh karena itu, waktu retensi satu komponen berbeda dengan komponen lainnya (spesifik). Faktor yang mempengaruhi pemisahan adalah temperatur kolom, laju alir gas pembawa, pemilihan fasa diam dan panjang kolom. Kromatografi gas selain berfungsi dalam pemisahan, juga berfungsi dalam analisa baik kualitatif maupun kuantitatif. Analisa kualitatif dapat dilakukan dengan menambahkan komponen murni yang sama dengan komponen yang diduga terkandung dalam cuplikan yang dianalisa. Sedangkan analisa kuantitatif dapat dilakukan dengan menggunakan tiga metode berikut. 1.
Metode Kalibrasi Metode ini dilakukan dengan membuat larutan standar dengan
berbagai konsentrasi dan mengukurnya dengan kromatografi gas. Dari pengukuran tersebut dihasilkan kromatogram untuk setiap larutan standar. Dari kromatogram-kromatogram tersebut kemudian dibuat kurva linear antara konsentrasi larutan dengan tinggi puncak/luas puncak. Sumber kesalahan pada metode ini adalah volum cuplikan dan laju injeksi. 2.
Metode Standar Dalam
Metode ini berfungsi untuk menghilangkan pengaruh yang timbul dari variasi seperti laju pengemban, temperatur kolom dan detektor. Persyaratan untuk standar yang efektif adalah : 1.
harus menghasilkan peak yang terpisah semuanya,
tetapi harus terelusi dengan komponen-komponen yang akan diukur. 2.
tinggi atau luas peak harus kira-kira sama dengan
tinggi atau luas peak dari komponen yang akan diukur. 3.
secara kimiawi harus serupa dengan contoh, tetapi
tidak terdapat dalam contoh aslinya. Prosedur : 1.
penambahan standar dalam yang kuantitatifnya
konstan ke volum tetap dari beberapa campuran sintetik yang mengandung komponen yang akan ditetapkan dengan kuantitas yang diketahui yang diubah-ubah. 2.
campuran tersebut dianalisis dengan GC dan dibuat
kurva kalibrasi dari persen komponen dalam sampel versus angka banding luas peak komponen/luas peak standar. 3.
Metode Normalisasi Area
Area setiap peak yang muncul dihitung dan dikoreksi terhadap respon detektor untuk jenis senyawa yang berbeda. Konsentrasi analit ditentukan dengan membandingkan area suatu peak terhadap total area semua komponen. (duniakimia.com) C. Alat dan Bahan Praktikum •
Alat 1.
Perangkat GC
1 set
2.
Labu ukur 5 mL
6 buah
3.
Ball pipet
1 buah
4.
Pipet tetes
3 buah
5.
Gelas kimia 100 mL 1 buah
6.
Pipet seukuran 1 mL 1 buah
7.
Pipet seukuran 5 mL 1 buah
•
Bahan 1. Xilena p.a 2. Toluene p.a 3. Heksana p.a 4. Sampel pertamax
D. Prosedur Kerja Praktikum 1.
Pembuatan deret larutan standar
Larutan standar yang dibuat adalah larutan yang mengandung xilena dengan konsentrasi 5%, 10%, 15%, 20%, 25% dan 30%. Untuk membuat larutan standar dengan konsentrasi 5%, caranya adalah sebagai berikut : 1. larutan xilena p.a dipipet sebanyak 0,25 ml dengan menggunakan pipet volumetric. 2. larutan tersebut dipindahkan ke dalam labu ukur 5 ml. 3. ke dalam larutan ditambah toluena p.a sebanyak 0,15 ml dan diencerkan dengan heksana p.a kemudian ditanda batasi. 4. larutan dihomogenkan. Untuk larutan standar yang lain dapat dibuat dengan mengulangi langkah 1-4, hanya saja volum xilena yang dipipet berbeda-beda. Untuk larutan standar konsentrasi 10%, 15%, 20%, 25% dan 30% volum xilena yang dipipet berturut-turut sebanyak 0,5 ml ; 0,75 ml ; 1,0 ml ; 1,25 ml; 1,50 ml. 2.
Penyiapan sampel pertamax dengan standar
internal Untuk analisa kualitatif akan keberadaan xilena dalam sampel digunakan metode adisi standar internal. Caranya adalah dengan menambahkan 25 % xilena sebanyak 1 ml ke dalam 3 ml sampel pertamax murni. 3.
Penyiapan instrument GC 1. tersambung dengan benar.
pastikan kabel penghubung listrik
2.
alirkan
gas
nitrogen,
diikuti
dengan mengalirkan gas hidrogen. 3.
hidupkan kompresor.
4.
hidupkan instrument GC dengan
menekan tombol “ON” pada sakelar listrik. 5.
hidupkan komputer sebagai alat
pemograman instrumentasi GC. 6.
tombol heat pada posisi “ON”.
7.
pilih N2 sebagai gas pembawa
dengan laju alir 1 ml/menit. 8.
atur suhu injektor (150ºC), suhu
kolom (70 ºC dan deprogram dengan kenaikan 10 ºC permenit sampai 150 ºC) dan suhu detektor (200 ºC). 9.
pilih FID sebagai detektor.
10.
jalankan pompa, biarkan alat
stabil selama waktu tertentu (sekitar 1 jam).
4.
Pengukuran dengan instrumen GC
Untuk analisa kuantitatif kandungan xilena dalam sampel dapat menggunakan metode kalibrasi, caranya dengan melakukan pengukuran terhadap deret larutan standar seperti berikut : 1.
syringe yang akan
digunakan dibilas dengan metanol sebanyak 5 kali, kemudian dibilas lagi dengan larutan standar yang akan diukur sebanyak 3 kali. 2.
ambil
sebanyak
0,5-1,0 µL larutan standar 5% dengan syringe dan injeksikan pada GC. 3.
kemudian syringe
dibilas lagi dengan larutan standar 10% sebanyak 3 kali.
4.
ambil
sebanyak
0,5-1,0 µL larutan standar 10% dengan syringe dan injeksikan pada GC. 5.
ulangi
untuk
larutan standar yang lain, dengan catatan pengukuran dimulai dari larutan dengan konsentrasi terendah dan sebelum digunakan untuk menginjeksikan larutan, syringe harus dibilas dengan larutan yang akan diuji tersebut sebanyak 3 kali, setelah itu dapat diinjeksikan ke instrumen GC. Sedangkan untuk analisa kualitatif dengan metode adisi standar internal, pertamax murni, pertamax yang telah ditambah standar internal (xilena) dan sampel diukur dengan instrumen GC. Caranya adalah sebagai berikut: 1.
syringe
yang
akan digunakan dibilas dengan metanol sebanyak 5 kali, kemudian dibilas lagi dengan pertamax murni sebanyak 3 kali. 2.
ambil sebanyak 0,5-1,0 µL pertamax murni dengan syringe
dan injeksikan pada GC. 3.
kemudian dibilas lagi dengan pertamax yang telah
ditambah xilena sebanyak 3 kali. 4.
ambil sebanyak 0,5-1,0 µL pertamax yang telah ditambah
xilena dengan syringe dan injeksikan pada GC. 5.
kemudian dibilas lagi dengan sampel sebanyak 3 kali.
6.
ambil sebanyak 0,5-1,0 µL sampel dengan syringe dan
injeksikan pada GC. Setelah semua pengukuran selesai, syringe dibilas lagi dengan methanol. E. Hasil dan Analisis Data •
Pembuatan Larutan Standar
%xilena 5 10 15 20 25 30
tinggi xilena 18,840 44,791 55,054 61,388 85,978 94,808
tinggi toluena 30,638 32,358 27,501 24,965 29,511 25,639
rasio xilena/toluena 0.614922645 1.384232647 2.00189084 2.458962548 2.913422114 3.697804127
%xilena 5 10 15 20 25 30
areaxilena 100,845 230,164 294,205 323,099 456,729 563,947
areatoluena 81,619 88,859 73,074 65,427 82,504 77,958
rasio xilena/toluena 1.235557897 2.59021596 4.026124203 4.938312929 5.535840687 7.233984966
%xilena 5 10 15 20 25 30
Tr (menit) 3,150 3,133 3,150 3,167 3,183 3,183
Tr rata-rata :
18 ,966 6
= 3,161 menit
Kurva Kalibrasi setelah Penghilangan Beberapa Data
%xilena tinggi xilena tinggi toluena 5 18.840 30.638 20 61.388 24.965 30 94.808 25.639 Kurva Kalibrasi setelah Penghilangan Beberapa Data
rasioxilena/toluena 0.614922645 2.458962548 3.697804127
%xilena areaxilena areatoluena 5 100.845 81.619 20 323.099 65.427 30 563.947 77.958 • Pengukuran Sampel Pertamax
rasioxilena/toluena 1.235557897 4.938312929 7.233984966
Tinggi xilena dalam sampel : 94,855 Tinggi toluena dalam sampel : 59,563 Rasio tinggi xilena/toluene : •
94 ,855 59 ,563
= 1,5925
Pembahasan Pemisahan pada kromatografi gas didasarkan pada perbedaan
kecepatan migrasi komponen-komponen suatu cuplikan di dalam kolom. Perbedaan migrasi ini terjadi karena perbedaan interaksi komponen-komponen tersebut dengan fasa diam dan fasa gerak. Fasa diamnya berupa cairan yang melekat pada zat pendukung (adsorben), sedangkan fasa geraknya berupa gas. Karena gas ini berfungsi membawa komponen-komponen sepanjang kolom hingga mencapai detektor, maka fasa gerak disebut juga sebagai gas pembawa (carrier gas). Pada percobaan ini, gas pembawa yang digunakan adalah nitrogen. Gas pembawa mengalir dengan cepat, oleh karena itu proses pemisahan hanya membutuhkan waktu beberapa menit saja. Inilah keuntungan pemisahan dengan menggunakan GC. Namun, tidak semua senyawa dapat dipisahkan dengan menggunakan metode kromatografi gas. Senyawa-senyawa yang dapat dipisahkan dengan menggunakan metode ini adalah senyawa yang memenuhi dua persyaratan berikut : 1.
mudah menguap saat diinjeksikan
2.
stabil pada suhu pengujian (50-300°C) yakni tidak
mengalami penguraian atau pembentukan menjadi senyawa lain. Jika suatu senyawa pada saat diinjeksikan langsung mengalami perusakan, maka senyawa tersebut tidak dapat dipisahkan dengan metode ini. Kolom yang digunakan pada kromatografi gas terdapat dua jenis, yaitu kolom pak dan kolom terbuka. Kolom terbuka disebut juga sebagai kolom
kapiler karena diameter dalam kolomnya sangat kecil, berkisar antara 0,1-0,7 mm. Pada percobaan ini, kolom yang digunakan adalah kolom kapiler berdiameter sebesar 0,25 mm dengan DB-1 yaitu polyxiloxan sebagai fasa diam. Kolom kapiler ini diposisikan melingkar sehingga dapat masuk ke dalam oven. Seperti yang telah dikemukakan di atas, gas pembawa yang digunakan adalah nitrogen dengan kemurnian sebesar 99,995 % , sedangkan hidrogen dan oksigen berperan sebagai gas pembakar. Detektor yang digunakan adalah FID. Seperti yang telah kita ketahui, FID lebih peka dibandingkan dengan detektor konduktifitas termal apalagi jika digunakan nitrogen sebagai gas pembawa. Terdapat dua metode pemisahan pada kromatografi gas,yaitu metode isotermal dan metode terprogram. Metode isotermal digunakan untuk memisahkan cuplikan yang perbedaan titik didih antara komponen satu dengan komponen yang lainnya dekat satu sama lain. Sedangkan metode terprogram digunakan untuk memisahkan komponen yang perbedaan titik didih komponen-komponennya jauh. Metode terprogram memberikan hasil jauh lebih baik dibanding metode isotermal. Pada percobaan ini ditentukan kadar xilena dalam sampel dan pemisahannya dengan metode terprogram. Sampel yang digunakan adalah pertamax. Suhu injektor diset pada suhu 150°C, detektor pada suhu 200°C dan kolom diset suhu awalnya sebesar 70°C dipertahankan selama 10 menit kemudian suhu dinaikkan sebesar 10°C tiap menit hingga suhu mencapai 150°C. Hal ini bertujuan agar semua komponen berubah menjadi gas dan keluar meninggalkan kolom. Sehingga tidak ada komponen yang masih berupa cairan dan tertinggal di dalam kolom. Cairan yang tertinggal dalam kolom akan mengotori kolom dan mempengaruhi hasil analisis. Sebelum dilakukan pengukuran, instrumen GC harus dibiarkan selama ± 1 jam agar aliran gas pembawa tetap sehingga kolom tidak akan cepat rusak. Selain berfungsi dalam pemisahan, kromatografi gas juga dapat digunakan dalam analisa, baik analisa kualitatif maupun kuantitatif. Analisa
kualitatif dilakukan dengan menambahkan standar internal ke dalam sampel yang akan dianalisa. Standar internal yang digunakan adalah xilena. Standar internal digunakan sebagai pembanding untuk menentukan apakah suat zat terkandung dalam suatu cuplikan atau tidak. Caranya adalah dengan membandingkan kromatogram hasil analisa pertamax murni dengan kromatogram hasil analisa yang telah ditambah dengan standar internal (xilena). Jika pada kromatogram pertamax yang telah ditambah xilena ada peak yang melebar yang memiliki waktu retensi yang sama dengan peak yang ada di kromatogram pertamax murni, maka peak tersebut dapat disimpulkan adalah peak milik xilena. Bila ke dalam sampel juga ditambahkan xilena, lalu ada peak yang melebar dengan waktu retensi yang sama dengan peak xilena pada kromatogram pertamax murni dan kromatogram pertamax yang telah ditambah xilena, maka dapat disimpulkan bahwa sampel tersebut mengandung xilena. Dari kromatogram larutan standar dapat dilihat terdapat 4 puncak. 3 puncak pertama dimiliki berturut-turut oleh heksana, toluene dan xilena. Hal ini dikarenakan titk didih heksana < toluena <
xilena. Komponen yang
memiliki titik didih lebih rendah akan lebih mudah menguap menjadi gas dan pergerakannya lebih cepat di dalam kolom dibandingkan dengan komponen lain dengan titik didih yang lebih tinggi untuk mencapai detektor. Sedangkan puncak terakhir adalah puncak milik udara yang terkandung dalam cuplikan saat diinjeksikan. Puncak ketiga diduga adalah xilena, dengan waktu retensi (Tr) ratarata dari setiap larutan standar sebesar 3,161. Maka pada sampel, peak dengan waktu retensi sebesar 3,200 dapat disimpulkan sebagai peak milik xilena. Hal ini diperkuat dengan data dari metode penambahan standar internal bahwa peak tersebut pada sampel yang ditambah standar internal lebih luas areanya ( area 563.947 dengan tinggi 94.808 ) dibanding dengan peak yang terdapat pada kromatogram pertamax murni ( area 189.223 dengan tinggi 29.237 ) dengan waktu retensi 3,167.
Untuk analisa kulitatif dapat dilakukan dengan membuat kurva % xilena vs tinggi xilena, % xilena vs rasio tinggi xilena/toluene, % xilena vs area xilena dan % xilena vs rasio area xilena/toluene seperti di bawah ini.
tinggi xilena
% xilena vs tinggi xilena 120 100 80 60 40 20 0
y = 2.9128x + 9.1697 R2 = 0.9671 tinggi xilena Linear (tinggi xilena)
0
10
20
30
40
% xilena
% xilena vs rasio tinggi xilena/toluena 4
y = 0.1169x + 0.1326 R2 = 0.991
3.5 rasio tinggi
3 2.5
rasio xilena/toluena
2 1.5
Linear (rasio xilena/toluena)
1 0.5 0 0
10
20
30
40
% xilena
area xilena
% xilena vs area xilena 600 500 400 300 200
y = 17.281x + 25.755 R2 = 0.9708 area xilena Linear (area xilena)
100 0 0
10
20 % xilena
30
40
rasio area xilena/toluena
% xilena vs rasio area xilena/toluena 8
y = 0.2271x + 0.2859 R2 = 0.9843
6 4
rasio xilena/toluena
2
Linear (rasio xilena/toluena)
0 0
10
20
30
40
% xilena
Seperti yang telah kita ketahui bahwa regresi yang dapat diterima sebagai data yang akurat dari pengukuran secara instrumentasi adalah data dengan regresi minimal sebesar 0,990 maka dapat kita katakana bahwa data di atas belum cukup akurat. Selain itu, dari posisi titik-titik yang ada yang tidak terletak pada satu garis lurus menyatakan bahwa presisi(keberulangan) data tersebut kurang baik. Data yang dapat diterima adalah data dengan akurasi dan presisi yang baik. Untuk mendapat data dengan presisi dan akurasi yang baik maka beberapa data dihilangkan. Kurva yang dihasilkan adalah sebagai berikut : % xilena vs tinggi xilena
tinggi xilena
100
y = 3.0228x + 2.9281 R2 = 0.9979
80 60
tinggi xilena
40
Linear (tinggi xilena)
20 0 0
10
20 % xilena
30
40
rasio tinggi xilena/toluena
% xilena vs rasio tinggi xilena/toluena 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0
y = 0.1233x - 0.003 R2 = 1 rasio xilena/toluena Linear (rasio xilena/toluena)
0
10
20
30
40
% xilena
% xilena vs area xilena 600.000
y = 18.231x - 4.9455 R2 = 0.981
area xilena
500.000 400.000
area xilena
300.000
Linear (area xilena)
200.000 100.000 0.000 0
10
20
30
40
% xilena
rasio area xilena/toluena
% xilena rasio area xilena/toluena 8
y = 0.2405x + 0.0604 R2 = 0.9996
6 4
rasio xilena/toluena
2
Linear (rasio xilena/toluena)
0 0
10
20
30
40
% xilena
Linearitas terbaik didapat dari kurva % xilena vs rasio tinggi xilena/toluene yang telah dihilangkan beberapa datanya dengan regresi sebesar 1. Persamaan garis yang didapat yaitu : y = 0,1233 x – 0,003
(1)
x menyatakan persen xilena dalam sampel dan y menyatakan rasio tinggi xilena/toluene dalam sampel. Tinggi puncak xilena pada kromatogram sampel adalah 94,855 dan tinggi toluene adalah 59,563. Maka rasio tinggi xilena/toluene adalah 1,5925. Ini merupakan harga y. Dengan memasukkan harga y ke dalam persamaan (1) maka didapat harga x (% xilena dalam sampel) sebesar 12,93998 %. Maka kandungan xilena dalam sampel ditetapkan sebesar 12,93998 %. F. Kesimpulan 1.
penentuan keberadaan xilena dalam sampel dapat dilakukan
dengan menggunakan metode penambahan standar internal. 2.
sampel mengandung xilena dengan waktu retensi xilena
sebesar 3,200. 3.
kadar xilena dalam sampel dapat diketahui dengan membuat
kurva % xilena vs rasio tinggi xilena/toluena dan mencari persamaan garisnya. 4.
kandungan xilena dalam sampel sebesar 12,93998 %.
DAFTAR PUSTAKA Basset, J dkk. 1994. Buku Ajar Vogel Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik. Jakarta: Buku Kedokteran EGC. Hendayana, Sumar dkk. 1994. Kimia Analitik Instrumen. Semarang: IKIP Semarang Press. Hendayana, Sumar. 2006. Kimia Pemisahan. Bandung: PT. Remaja Rosda Karya. Pavia, Donald el. 1976. Organic Laboratory Techniques. Philadelphia: W.B Saunders Company www.chem-is-try.org www.chromatography-online.org
www.duniakimia.com www.elchem.kaist.ac.kr www.hiq.linde-gas.com www.restek.com
LAMPIRAN 1.
Pembuatan
Larutan Standar •
Volum
xilena untuk larutan standar 5 % : Vxilena
=
5 % × 5 ml 100 %
= 0,25 ml
•
Volum
xilena untuk larutan standar 10 % : Vxilena
=
10 % × 5 ml 100 %
= 0,50 ml
•
Volum
xilena untuk larutan standar 15 % : =
Vxilena
15 % × 5 ml 100 %
= 0,75 ml
•
Volum
xilena untuk larutan standar 20 % : =
Vxilena
20 % × 5 ml 100 %
= 1,00 ml
•
Volum
xilena untuk larutan standar 25 % : Vxilena
=
25 % × 5 ml 100 %
= 1,25 ml
•
Volum
xilena untuk larutan standar 30 % : Vxilena
=
30 % × 5 ml 100 %
= 1,50 ml
•
Volum
toluena yang ditambahkan untuk tiap larutan standar : Vtoluena
=
3 % × 5 ml 100 %
= 0,15 ml
2.
Penentuan
Konsentrasi Xilena dalam Sampel y
= 1,5925
y
= 0,1233 x - 0,003
x
=
x
= 12,93998
1,5925 + 0,003 0,1233
