Upload
achmad-fathony
View
299
Download
25
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Makalah Kimia Analitik GC/MS
Citation preview
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas
segala limpahan rahmat dan karunia-Nya kepada tim penulis sehingga dapat
menyelesaikan makalah ini yang berjudul : “GC/MS”.
Makalah ini akan membahas metode GC/MS yang akan dipergunakan
untuk menganalisis kasus yang ada. Kasus yang diberikan pada pembahasan kali
ini ialah “ANALISIS PESTISIDA DALAM AIR MINUM”. Solusi yang
dibahas dalam makalah ini menunjang pembelajaran mata kuliah Kimia Analitik.
Dalam penulisan makalah ilmiah ini, banyak halangan dan rintangan yang
terjadi. Kami juga berterima kasih kepada seluruh pihak yang terlibat baik secara
langsung maupun tidak langsung dalam penyelesaian makalah ilmiah ini, yaitu:
1. Dosen mata kuliah Kimia Analitik, Ibu Dianursanti yang telah
membimbing kami selama proses penulisan makalah ini.
2. Orang tua kami yang senantiasa memberikan dukungan selama proses
pembuatan makalah ilmiah ini.
3. Kak Elsa, selaku asisten dari mata kuliah Kimia Analitik yang ikut
membimbing kami selama proses penulisan makalah.
4. Seluruh rekan Teknik Kimia dan Teknologi Bioproses UI, seluruh
angkatan, serta segala pihak yang telah membantu tim penulis.
Tim penulis menyadari bahwa makalah ini dalam proses penulisan
makalah ini masih jauh dari kesempurnaan baik materi maupun cara penulisannya.
Oleh karena itu, tim penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dari
pembaca guna penyempurnaan makalah ini.
Akhirnya, tim penulis berharap semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi
seluruh pembaca.
Depok, 23 Juli 2012
Tim Penulis
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum i
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
DAFTAR ISI
Kata Pengantar i
Daftar Isi ii
BAB I Pendahuluan 1
BAB II Jawaban Pertanyaan 2
Tugas I 2
Tugas II 4
Tugas III 15
BAB III Kesimpulan 23
Daftar Pustaka 24
Lampiran 25
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum ii
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
BAB I
PENDAHULUAN
Pemisahan campuran menjadi komponen-komponennya adalah hal yang
pentinga dalam semua cabang kimia dan tidak kalah pentingnya dalam banyak bidang
lain dimana teknik kimia digunakan untuk memecahkan berbagai macam masalah. Jadi,
dapmpak dari suatu teknik pemisahan yang ampuh dan serba guna akan dirasakan oleh
seluruh ilmu pengetahuan modern. Dalam kaitan ini, ketelitian kromatografi jarang
sekali ditekankan. Padahal dengan menggunakan metode ini, banyak kasus pemisahan
dituntaskan jauh lebih cepat dan lebih efektif daripada sebelumnya. Terobosan yang
tidak tertandingi dalam biokimia, misalnya dalam pengertian kita tentang struktur dan
fungsi enzin dan protein-protein lainnya, berasal langsung dari penerapan kromatografi
ke penelitian biologi. Menghitung polusi air dan udara, menentukan residu pestisida
pada buah-buahan maupun sayur-sayuran, mengidentifikasi dan mengklasifikasikan
bakteri, memantau gas-gas dalam pernapasan selama pembiusan, mencari senyawa-
senyawa organik dan makhluk hidup di planet lain, menentukan jalur metabolisme dan
mekanisme kerja obat-obatan, semuanya berderet dalam daftar panjang penelitian
berdasarkan kromatografi.
Melihat banyaknya penerapan yang dapat dilakukan oleh metoda kromatografi,
kini kromatografi telah mengalami perkembangan yang pesat. Beberapa diantaranya
ialah munculnya detektor-detektor yang lebih baik, bahan pengisi kolom yang baru,
antarmuka dengan instrumen lain yang disempurnakan seperti spektrometer massa yang
bisa mengidentifikasi komponen-komponen yang terpisah, teknik pemrosesan data yang
baru berdasarkan pada komputer dan model matematis baru yang memberikan wawasan
tambahan baru pada sifat proses tersebut. Pembahasan kali ini akan membahas lebih
lanjut mengenai perkembangan kromatografi yang bergabung dengan instrumen lainnya
yaitu spektrometer massa atau biasa disebut sebagai Gas Chromatography / Mass
Spectrometry (GC/MS).
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 1
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
BAB II
JAWABAN PERTANYAAN
Tugas I :
Susunlah delapan isu (hal) penting berkaitan dengan pestisida, kontaminasi dan efek
pestisida pada kesehatan.
Jawab:
1. Pestisida merupakan zat yang digunakan untuk membunuh hama, dimana selain
membunuh hama, pestisida juga dapat berfungsi sebagai pensteril tanah, penggugur
daun kapas, pengawet kayu, dan lain-lain.
2. Pestisida dapat digolongkan berdasarkan sasaran hamanya, yaitu insektisida, herbisida,
fungisida, algisida, bakterisida, nematisida, dan lain-lain, dimana efek akan maksimal
jika digunakan pada hama-hama sasarannya.
3. Pestisida banyak digunakan pada berbagai jenis kegiatan manusia dalam mengolah
tanaman dan hewan untuk dikonsumsi. Menurut Departemen Kesehatan (1998),
persentase penggunaan pestisida di Indonesia adalah:
Insektisida 55,42 %
Herbisida 12,25 %
Fungisida 12,05%
Repelen dan lain-lain 20,28%
4. Pestisida pada lingkungan
Pada awalnya pestisida yang berformulasi dalam bentuk partikel air (droplet) yang
disemprotkan pada udara, dalam kurun waktu tertentu pestisida tersebut akan jatuh pada
permukaan tanah, permukaan tumbuhan, atau langsung ke permukaan air. Pestisida jenis
organoklorin bersifat sulit menguap dan akan tetap berada pada tanah. Ketika hujan
turun, pestisida pada tanah akan mengalir menuju sungai atau sumur. Air dari sungai
atau sumur tersebut kemudian digunakan oleh manusia untuk berbagai kegiatan, bahkan
untuk irigasi. Jika PDAM tidak dapat mendegradasikan pestisida, maka ada
kemungkinan langsung digunakan untuk minum. Pestisida yang berada pada tanah, air
tanah, atau pada air untuk irigasi akan diserap oleh tumbuhan yang kemudian akan
terakumulasi pada tumbuhan tersebut, yang kemudian akan terkonsumsi oleh manusia.
5. Pestisida dapat merusak keseimbangan ekologi
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 2
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Lingkungan perairan yang tercemar dapat menyebabkan satwa yang hidup di dalam dan
sekitarnya turut tercemar. Ditemukan kandungan organoklorin dalam tubuh ikan
sebanyak 0,0792 ppm di Lembang dan 0,020 ppm di Pengalengan. Selain itu, terdapat
residu organofosfat sebesar 0,0004-1,1450 ppm di wilayah tersebut. Pada penelitian
yang lebih intensif telah ditemukan bahwa semua badan air tawar yang diteliti di Jawa
Barat mengandung pestisida dengan jumlah berkisar 0,1-6,0 ppm dari empat jenis
organofosfat dan satu jenis karbamat.
6. Pestisida dapat menyebabkan berbagai penyakit pada manusia
Unsur kimia dan pestisida yang terkandung dalam makanan konsumsi sehari-hari dapat
menyebabkan gangguan kesadaran (Cognitive Dysfunction) seperti sulit mengeja,
membaca, menulis, membedakan warna, termasuk berbicara. Selain itu, adanya resiko
yang lebih berbahaya yaitu semakin besarnya gangguan fisik otak. Pada wanita,
pestisida menjadi salah satu penyebab kanker payudara, sedangkan pada laki-laki
berpotensial mengalami masalah kesuburan/reproduksi.
7. Semua jenis pestisida merupakan bahan karsinogenik
Semua makanan yang dibudidaya secara konvensional dengan menggunakan pestisida
sintetis/kimia mengandung residu bahan-bahan kimia. Semua jenis pestisida kimia
tersebut merupakan bahan karsinogenik, yaitu zat yang dapat merangsang tumbuhnya
kanker. Sebuah penelitian dilakukan pada tahun 1980-an menyimpulkan bahwa rata-rata
anak-anak terkena bahan beracun penyebab kanker empat kali lebih banyak dari pada
orang dewasa, dimana sebagian racun berasal dari jenis-jenis makanan anak-anak yang
mereka makan.
8. Senyawa-senyawa pestisida yang sering digunakan adalah organoklorin, organofosfat,
dan piretroid.
Pada manusia, pestisida organoklorin dapat menyebabkan hilangnya berat badan, napsu
makan berkurang, kurang darah, tremor, otot lemah, hipereksitabilitas, kehilangan
kesadaran, epilepsi, dan sawan. Pestisida piretroid dapat menyebabkan koreoatetosis
dengan air liur, hipereksitasi, tremor, paralisis, konvulsi, paralisis hingga kematian.
Tugas II:
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 3
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Anda mendapat tugas untuk menganalisis sumber air minum apakah sudah tercemar
oleh pestisida atau tidak. Teknik analisis yang anda gunakan adalah kromatografi gas
(GC) dan spektrometri massa (MS). Instrumen yang dipakai terdiri dari dua teknik ini
sekaligus.
Bila anda hendak menggunakan GC/MS dalam analisis air minum,
1. Dapatkah anda menjelaskan rancangan analisis pestisida tersebut?
Jawab:
Analisis kandungan pestisida dalam air minum ini, kami menggunakan teknik
GC/MS. Teknik ini merupakan perpaduan dari kedua teknik, yaitu kromatografi gas
(GC) dan spektrometri massa (MS). Oleh karena itu dalam merancang analisis ini
kita menggunakan kedua teknik ini denga terlebih dahulu menganalisis dengan
teknik GC dan kemudian dilanjutkan dalam rancangan alat MS. Rancangan analisis
ini terdiri dari:
a. Prinsip kerja
Kromatografi Gas (Gas Chromatography)
Kromatografi gas (GC) merupakan jenis kromatografi yang digunakan
dalam kimia organik untuk pemisahan dan analisis. GC dapat digunakan
untuk menguji kemurnian dari bahan tertentu, atau memisahkan berbagai
komponen dari campuran. Dalam beberapa situasi, GC dapat membantu
dalam mengidentifikasi sebuah senyawa kompleks.
Dalam kromatografi gas, fase yang bergerak (mobile phase) adalah
sebuah operator gas, yang biasanya gas murni seperti helium atau yang
tidak reactive seperti gas nitrogen. Stationary atau fasa diam merupakan
tahap mikroskopis lapisan cair atau polimer yang mendukung gas murni,
di dalam bagian dari sistem pipa-pipa kaca atau logam yang disebut
kolom. Instrumen yang digunakan untuk melakukan kromatografi gas
disebut gas chromatograph (aerograph, "gas pemisah").
Spektroskopi Massa (Mass Spectrometry)
Umumnya spektrum massa diperoleh dengan mengubah senyawa suatu
sample menjadi ion-ion yang bergerak cepat yang dipisahkan
berdasarkan perbandingan massa terhadap muatan.
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 4
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Spektroskopi massa mampu menghasilkan berkas ion dari suatu zat uji,
memilah ion tersebut menjadi spektum yang sesuai dengan perbandingan
massa terhadap muatan dan merekam kelimpahan relatif tiap jenis ion
yang ada. Umumnya hanya ion positif yang dipelajari karena ion
negative yang dihasilkan dari sumber tumbukan umumnya sedikit.
Kombinasi GCMS
Saat GC dikombinasikan dengan MS, akan didapatkan sebuah metode
analisis yang sangat bagus. Peneliti dapat menganalisis larutan organik,
memasukkannya ke dalam instrumen, memisahkannya menjadi
komponen tinggal dan langsung mengidentifikasi larutan tersebut.
Selanjutnya, peneliti dapat menghitung analisa kuantitatif dari masing-
masing komponen. Pada Gambar 4, sumbu z menyatakan kelimpahan
senyawa, sumbu x menyatakan spektrum kromatografi, dan sumbu y
menyatakan spektrum spektroskopi massa. Untuk menghitung masing-
masing metode dapat divisualisasikan ke dalam grafik dua dimensi.
b. Alat atau instrumentasi
Rangkaian instrumentasi untuk gas kromatografi dan spekstroskopi
massa bergabung menjadi satu kesatuan rangkaian yang sering disebut dengan
GCMS. Secara umum rangkaian GCMS :
Gambar 1. Skema GC/MS (Sumber: www.chromacademy.com)
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 5
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Berikut adalah penjelasan mengenai masing-masing instrument pada rangkaian
GCMS.
Instrumentasi Gas Kromatografi
Carrier Gas Supply
Gas pembawa (carrier gas) pada kromatografi gas sangatlah penting.
Gas yang dapat digunakan pada dasarnya haruslah inert, kering, dan
bebas oksigen. Kondisi seperti ini dibutuhkan karena gas pembawa
ini dapat saja bereaksi dan dapat mempengaruhi gas yang akan
dipelajari atau diidentifikasi.
Injeksi Sampel
Sejumlah kecil sampel yang akan dianalisis diinjeksikan pada mesin
menggunakan semprit kecil. Jarum semprit menembus lempengan
karet tebal (lempengan karet ini disebut septum) yang mana akan
mengubah bentuknya kembali secara otomatis ketika semprit ditarik
keluar dari lempengan karet tersebut.
Oven
Digunakan untuk memanaskan column pada temperatur tertentu sehingga
mempermudah proses pemisahan komponen sampel.
Kolom
Ada dua tipe utama kolom dalam kromatografi gas-cair. Tipe pertama,
tube panjang dan tipis berisi material padatan; Tipe kedua, lebih tipis dan
memiliki fase diam yang berikatan dengan pada bagian terdalam
permukaannya. Ada tiga hal yang dapat berlangsung pada molekul
tertentu dalam campuran yang diinjeksikan pada kolom:
Molekul dapat berkondensasi pada fase diam.
Molekul dapat larut dalam cairan pada permukaan fase diam
Molekul dapat tetap pada fase gas
Instrumentasi Spekstroskopi massa
Sumber Ion
Setelah melewati rangkaian gas kromatografi, sampel gas yang
akan diuji dilanjutkan melalui rangkaian spekstroskopi massa.
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 6
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Molekul-molekul yang melewati sumber ion ini diserang oleh
elektron, dan dipecah menjadi ionion positifnya. Tahap ini sangatlah
penting karena untuk melewati filter, partikel-partikel sampel
haruslah bermuatan.
Filter
Selama ion melui rangkaian spekstroskopi massa, ion-ion ini
melalui rangkaian elektromagnetik yang menyaring ion berdasarkan
perbedaan masa. Para ilmuwan memisahkan komponen-komponen
massa untuk kemudian dipilih yang mana yang boleh melanjutkan
yang mana yang tidak (prinsip penyaringan). Filter ini terus
menyaring ion-ion yang berasal dari sumber ion untuk kemudian
diteruskan ke detektor.
Detektor
Ada beberapa tipe detektor yang biasa digunakan. Detektor
ionisasi nyala dijelaskan pada bagian bawah penjelasan ini,
merupakan detektor yang umum dan lebih mudah untuk dijelaskan
daripada detektor alternatif lainnya.
Dalam mekanisme reaksi, pembakaran senyawa organik
merupakan hal yang sangat kompleks. Selama proses, sejumlah ion-
ion dan elektron-elektron dihasilkan dalam nyala. Kehadiran ion dan
elektron dapat dideteksi. Seluruh detektor ditutup dalam oven yang
lebih panas dibanding dengan temperatur kolom. Hal itu
menghentikan kondensasi dalam detektor.
Hasil detektor akan direkam sebagai urutan puncak-puncak; setiap
puncak mewakili satu senyawa dalam campuran yang melalui
detektor. Sepanjang anda mengontrol secara hati-hati kondisi dalam
kolom, anda dapat menggunakan waktu retensi untuk membantu
mengidentifikasi senyawa yang tampak-tentu saja anda atau
seseorang lain telah menganalisa senyawa murni dari berbagai
senyawa pada kondisi yang sama.
Rekorder
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 7
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Digunakan untuk merekam hasil dari deteksi yang diberikan oleh
detector, hasil rekaman ini berupa gambar kromatogram, dan ada
yang sudah menggunakan unit proses komputer.
c. Tahap-tahap atau cara kerja
Tahap-tahap suatu rancangan penelitian GC/MS:
Sample preparation
Derivatisation
Injeksi
Menginjeksikan campuran larutan ke kolom GC lewat heated
injection port. GC/MS kurang cocok untuk analisa senyawa labil
pada suhu tinggi karena akan terdekomposisi pada awal pemisahan.
separation
Campuran dibawa gas pembawa (biasanya Helium) dengan laju alir
tertentu melewati kolom GC yang dipanaskan dalam pemanas.
Kolom GC memiliki cairan pelapis (fasa diam) yang inert.
MS detektor
Aspek kualitatif : lebih dari 275.000 spektra massa dari senyawa yang
tidak diketahui dapat teridentifikasi dengan referensi komputerisasi.
Aspek kuantitatif : dengan membandingkan kurva standar dari
senyawa yang diketahui dapat diketahui kuantitas dari senyawa yang
tidak diketahui.
Scanning
Spektra massa dicatat secara reguler dalam interval 0,5-1 detik
selama pemisahan GC dan disimpan dalam sistem instrumen data
untuk digunakan dalam analisis. Spektra massa berupa fingerprint ini
dapat dibandingkan dengan acuan.
2. Parameter apa saja yang harus anda ketahui?
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 8
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Pengukuran metode kromatografi gas memiliki dua bagian penganalisaan.
Pertama yaitu analisa kualitatif, serta yang kedua adalah analisa kuantitatif. Analisa
tersebut masing-masing memiliki parameter dalam bagian pengukurannya.
Parameter dalam Laju Pemisahan Zat Terlarut
a. Rasio Partisi (Partition Ratio)
Rasio partisi atau koefisien partisi (partition ratio or partition coefficient;
K ) didefinisikan sebagai konsentrasi molar dari zat terlarut yang
dianalisis dalam fase diam (cS ) dibagi dengan konsentrasi molar dari zat
terlarut yang dianalisis dalam fase gerak (c M ).
K=cS
c M
....................(1)
b. Waktu dan Volume Retensi
Waktu Retensi
Waktu retensi (tR ) merupakan waktu yang dibutuhkan suatu senyawa
(komponen sampel) untuk mengalir dari tempat injeksi (injection port)
menuju ke detektor, di mana yang diukur oleh detektor ialah waktu antara
saat menekan tombol start hingga waktu detektor menampilkan puncak
(peak) pada bagian akhir kolom. Waktu retensi disebut juga waktu elusi
karena pada dasarnya merupakan waktu yang diperlukan untuk proses
elusi dari awal hingga akhir kolom. Waktu yang diperlukan fase gerak
untuk melewati kolom atau waktu zat yang tidak tertahan (unretained)
oleh fasa diam disebut dead time (tM ). tR dan tM ditunjukkan pada gambar
1 di lampiran.
Adapun waktu retensi (tR ) menentukan besar kelajuan linear rata-rata
komponen sampel (the average linear rate of solute migration / v ),
sedangkan dead time (tM ) menentukan kecepatan linear rata-rata molekul
fasa gerak (the average linear velocity of molecules of the mobile phase /
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 9
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
u ). Keduanya merupakan parameter penting untuk mengidentifikasi
puncak-puncak dalam kromatogram. Persamaannya dapat dilihat di bawah
ini.
v= LtR
..............(2)
dan u= L
t M
..............(3)
di mana L adalah panjang dari paking kolom (column packing).
Volume Retensi
Volume retensi merupakan volume fasa gerak yang dibutuhkan untuk
mengelusi komponen sampel keluar kolom. Volume retensi VR adalah
produk dari waktu retensi dan laju alir fase gerak (v), dapat dirumuskan
sebagai berikut:
V R=tR × v....................(4)
Retensi relatif ra/b adalah rasio retensi standar (a) terhadap sampel (b)
dapat dirumuskan sebagai berikut:
r A / B=t RA
'
tRB'
=V RA
'
V RB'
....................(5)
Penggunaan waktu retensi relatif lebih dipilih daripada waktu retensi
absolut. Waktu retensi absolut tergantung pada kolom yang digunakan
sehingga hal ini sulit untuk diseragamkan. Pada gas campuran akan
tampak beberapa puncak di mana analisis dilakukan pada masing-
masing puncak. Secara mendasar, terdapat tiga kondisi dalam penentuan
komponen sampel:
1) Bila waktu retensi A sama dengan waktu retensi B, maka belum
tentu komponen B sama dengan A. Kasus ini merupakan salah satu
batasan dalam penggunaan GC. Bila ditemukan kasus ini sebaiknya
digunakan metode lain.
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 10
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
2) Bila waktu retensi A tidak sama dengan B dapat dipastikan B bukan
A.
3) Bila tidak terdapat puncak selain A maka dapat dipastikan tidak ada
sampel pada batasan deteksi.
Banyak faktor yang harus dipertimbangkan dalam pengukuran
retensi. Presisi data tergantung pada kemampuan alat untuk mengatur
suhu kolom dan laju alir gas. Perubahan suhu sekitar 30oC memperbesar
waktu retensi dua kali lipat. Untuk penyimpangan 1%, perubahan suhu
harus dijaga tidak lebih dari 0,3oC. Faktor lainnya adalah jumlah sampel,
bila sampel yang diinjeksi overload (kelebihan) maka akan terbentuk
leading peaks atau tailing peaks, tergantung kandungan sampel (gambar
2). Untuk mengatasinya biasanya jumlah sampel diinjeksi setengahnya.
Langkah tersebut terus dilakukan hingga puncak tidak mengalami
perubahan untuk memastikan jumlah sampel dalam kondisi
nonoverload.
c. Faktor Kapasitas
Faktor kapasitas (capacity factor; k ' ), disebut juga retention factor,
merupakan parameter untuk menunjukkan kecepatan migrasi zat terlarut
dalam kolom Faktor kapasitas (capacity factor) merupakan
perbandingan jumlah mol (volume) sampel dalam fase diam dengan
dalam fase gerak, di mana nilai tersebut menunjukkan seberapa kuat
komponen-komponen dalam sampel yang dibawa oleh fase gerak
berinteraksi dengan fase diam dalam kolom. Misalnya untuk zat terlarut
A, maka faktor kapasitas dirumuskan sebagai
k ' A=K A V S
V M
..................(6)
atauk ' A=
tR−t M
tM
..................(7)
Dengan KA adalah koefisien partisi untuk komponen A. Jika k’A < 1
maka tm akan terlalu besar sehingga elusi terjadi terlalu cepat. Hal ini
menyebabkan sulitnya menentukan waktu retensi. Jika k’A lebih besar
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 11
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
dari 20 atau 30, maka elusi akan berlangsung lama. Idealnya, pemisahan
terjadi pada kondisi dimana 5 < k’A < 1. Faktor kapasitas dapat diubah
dengan mengubah temperatur dan pengepakan kolom.
d. Faktor Selektivitas
Faktor selektivitas (selectivity factor; α ) didefinisikan sebagai
perbandingan antara rasio partisi zat terlarut B yang lebih kuat tertahan
dengan rasio partisi dari zat terlarut A yang kurang kuat tertahan atau
lebih cepat terelusi, dapat juga didefinisikan sebagai rasio antara
kapasitas faktor dari dua puncak.
α=K B
K A atauα=
k 'B
k 'A atau α=
( tR)B−tM
( tR )A−t M
....................(8)
Parameter dalam Perluasan Pita (Band Broadening) dan Efisiensi
Kolom (Column Efficiency)
a. Tinggi Piringan (Height Equivalent to a Theoretical Plate [HETP]; H )
Untuk tinggi piringan (Height Equivalent to a Theoretical Plate
[HETP]; H ), semakin kecil nilainya maka semakin besar efisiensi
kolom. Adapun tinggi piringan didefinisikan sebagai
H= LN
....................(9)
Selain itu, karena pita-pita kromatografi merupakan kurva distribusi
normal atau Gaussian (dideskripsikan oleh deviasi standar, σ dan
variasi, σ2
) dan efisiensi kolom digambarkan dalam luas puncak-
puncak kromatografi, maka variasi per satuan panjang kolom
didefinisikan sebagai tinggi piringan untuk mengukur efisiensi kolom.
H=σ 2
L
....................(10)
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 12
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
b. Jumlah Piringan (The Number of Theoretical Plates; N )
Efisiensi kolom juga diekspresikan sebagai jumlah piringan (the
number of theoretical plates; N ). Efisiensi meningkat seiring dengan
peningkatan jumlah piringan. Nilai N juga dapat ditentukan dengan
menurunkan persamaan yang berkaitan dengan kurva Gaussian sehingga
diperoleh persamaan:
N=16 ( tR
W )2
atau
N=5 .5( tR
W 12)
2
....................(11)
di mana W 1
2 merupakan lebar dasar puncak pada setengah tinggi puncak.
Parameter dalam Resolusi Kolom (Column Resolution)
Resolusi kolom (column resolution) merupakan ukuran kuantitatif apakah
suatu senyawa terpisah secara baik atau tidak dengan senyawa lain. Resolusi
didefinisikan sebagai jarak dua puncak yang merupakan selisih retention time
kedua komponen dibagi dengan lebar rata-rata (W ) dua puncak yang diukur
pada dasarnya. Resolusi dari dua jenis komponen, A dan B, dirumuskan oleh
persamaan
R s=2 [ (tR )B−( tR )A ]
W A+W B
....................(12)
Resolusi kolom dapat ditingkatkan dengan memperpanjang kolom yang
meningkatkan pula jumlah piringan dan waktu elusi. Resolusi juga dapat
dikaitkan dengan jumlah piringan dalam kolom, faktor selektivitas, dan faktor
kapasitas dua zat terlarut melalui suatu persamaan:
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 13
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
R s=√ N4 ( α−1
α )( k 'B
1+k 'B );
(t R )B=16 R s
2 H
u ( αα−1 )
2 (1+k 'B )3
(k 'B)2
....................(13)
3. Mengapa metoda GC/MS sering digunakan untuk analisa kualitatif maupun
kuantitatif?
Analisis kualitatif dalam GC/MS berupa pengidentifikasian senyawa yang
terkandung dalam suatu campuran dengan menggunakan perbandingan waktu retensi
antara analit standar dengan sampel. Analisis ini didapatkan dari hasil yang ada pada
detektor. Detektor pada kromatografi adalah suatu sensor elektronik yang berfungsi
mengubah sinyal gas pembawa dan komponen-komponen di dalamnya menjadi
sinyal elektronik. Sinyal elektronik inilah yang akan berguna sebagai analisis
kualitatif maupun kuantitatif terhadap komponen-komponen yang terpisah antara
fasa stasioner dan fasa gerak.
GC/MS sering dipakai dalam analisa kuantitatif, karena metode ini dapat
menentukan berat molekul yang sangat teliti hingga empat angka di belakang koma.
Sebagai contoh terdapat senyawa CO dengan massa molekul 28, N2 dengan massa
molekul 28, H2C=CH2 dengan massa molekul 28. Pada dasarnya, setelah dihitung
massa molekul yang lebih teliti, massa molekul dari berbagai senyawa tersebut ialah
berbeda.
4. Apakah keungulan teknik analisis ini?
Metoda GC/MS memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Adapun
kelebihan yang dimiliki oleh alat GC/MS ini adalah:
Spektroskopi massa dapat digunakan untuk mengetahui rumus molekul tanpa melalui
analisa unsur. Sebagai contoh, C4H10O biasanya memakai cara kualitatif atau
kuantitatif yaitu dengan mengetahui rumus empiris (CxHyOz)n kemudian ditentukan
berat molekulnya. Saat ini, rumus molekul suatu senyawa dapat diketahui dengan
alat GC/MS dengan bantuan komputer didalamnya.
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 14
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Pada spektroskopi massa, jika dimasukkan senyawa maka senyawa tersebut akan
ditembaki oleh elektron dan molekul yang akan mengalami reaksi fragmentasi.
Molekul akan pecah karena tembakan elektron dalam spektrometer. Pecahnya
molekul tersebut bergantung pada gugus fungsi yang ada dalam molekul itu.
Sehingga molekul yang pecah hanyalah molekul-molekul tertentu sesuai gugus
fungsinya. Sebelum adanya GC/MS, hanya spektrometri infra merah yang dapat
mengetahui gugus fungsi. Dengan adanya fragementasi, senyawa tersebut mudah
dikenali sehingga dapat diketahui dengan mudah apakah senyawa tersebut termasuk
golongan apa.
Dalam aplikasinya, GC/MS dapat mendeteksi kadar obat <1 μg/L dan memutuhkan
waktu pengerjaan yang relatif singkat.
Sedangkan kekurangan dari GC/MS ialah:
GC/MS hanya dapat digunakan untuk mendeteksi senyawa-senyawa yang mudah
menguap. Glukosa, sukrosa, sakarosa bersifat non-volatil sehingga tidak dapat
dideteksi dengan alat GC/MS. Kriteria menguap ialah pada kondisi vakum tinggi
dengan tekanan rendah, dapat dipanaskan dan uap yang diperlukan tidak banyak.
Pada umumnya, senyawa-senyawa dengan berat molekul kurang dari 1000 dapat
diuapkan. Penentuan berat molekul dapat diketahui melalui spektroskopi massa.
Tekanan dalam ruang pengionan harus cukup rendah yaitu pada orde 10 -6 torr untuk
mencegah reaksi ion-ion yang diinginkan dengan spesies lain.
Memerlukan derivatisasi sampel dan biaya operasional yang relatif mahal.
Derivatisasi merupakan proses kimiawi untuk mengubah suatu senyawa menjadi
senyawa lain yang mempunyai sifat-sifat yang sesuai untuk dilakukan analisis
menggunakan kromatografi gas (menjadi lebih mudah menguap). Instrumen GC/MS
yang paling murah berharga sekitar $50.000 - $150.000 dalam dollar tahun 1989.
Tugas III:
Hasil Percobaan dengan GC
Bila dalam suatu percobaan Anda menggunakan gas chromatograph. Sampel standar
Anda terdiri dari campuran hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene sebagai standar.
Sampel setelah diinjeksikan pada gas chromatograph (GC) yang dilengkapi dengan
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 15
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
electron capture detector (EC). Tinggi puncak akan digunakan sebagai kuantitas
senyawa yang terdeteksi, yang juga terdapat dalam sampel. Hasil yang diperoleh:
Dari 5 μL larutan standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene masing-
masing menunjukkan puncak pada 2.4 dan 7.2 menit.
Sebanyak 5 μL dari campuran sampel standar menghasilkan data sebagai
berikut:
No Hexachlorobenzen
e (mL)
Pentachlorobenzene
(mL)
Tinggi puncak
hexachloroben
zene (mm)
Konsentrasi
(ml/ml)
hexachlorobenzene
dalam sampel
standar
1 0.1 1.9 3.75 5 %
2 0.2 1.8 7.50 10 %
3 0.3 1.7 11.25 15 %
4 0.4 1.6 15 20 %
5 0.5 1.5 18.75 25 %
Dengan cara yang sama seperti sampel standar, dari hasil injeksi 5 μL sampel air
minum diperoleh puncak 2.4 menit dengan tinggi senilai 9.25 mm
Pada salah satu campuran standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene
yang digunakan menunjukkan data sebagai berikut: lebar dasar puncak pada
hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene berturut-turut adalah 1.45 menit dan
2.85 menit.
Bagaimana Anda menentukan:
1. Konsentrasi senyawa hexachlorobenzene dalam sampel air minum
Jawab :
Pada data diatas, kromatogram dari larutan standar diplot menjadi sebuah grafik.
Hal ini dikarenakan terdapat persamaan yang menghubungkan antara konsentrasi
suatu analit dalam suatu campuran tertentu dengan tinggi atau luas area puncak
analit. Persamaan ini berupa persamaan garis lurus yang tertera pada persamaan (1).
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 16
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Y = m x + b
Tinggi puncak persen metil propionat
Plot antara konsentrasi hexachlorobenzene dalam larutan standar dengan tinggi
puncak hexachlorobenzene dapat dilihat pada grafik dibawah ini.
5 10 15 20 2502468
101214161820
Grafik Kandungan Hexachlorobenzene dengan Tinggi Puncak
Konsentrasi hexachlorobenzene dalam sampel standar (%)
Ting
gi P
unca
k H
exac
hlor
oben
zene
(mm
)
Dari grafik diatas terlihat bahwa konsentrasi hexachlorobenzene (%) sebagai sumbu
x dan tinggi puncak hexachlorobenzene sebagai sumbu y. Menggunakan metoda
least square, akan ditemukan nilai-nilai pada persamaan garis lurus. Tabel 1 akan
menjelaskan perhitungan nilai x (konentrasi hexachlorobenzene) dan y (tinggi
puncak hexachlorobenzene) menggunakan metoda least square.
Tabel 1. Perhitungan Menggunakan Metoda Least Square
No. x y x2 y2 xy
1. 5 3,75 25 14,0625 18,75
2. 10 7,50 100 56,25 75
3. 15 11,25 225 126,5625 168,75
4. 20 15 400 225 300
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 17
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
5. 25 18,75 625 351,5625 468,75
Σ 75 56,25 1375 773,4375 1031,25
Dari Tabel 1 akan ditemukan nilai b dan a menggunakan persamaan (2) dan (3).
b=nΣ (xy )−ΣxΣy
nΣ x2− (Σx )2
¿(5× 1031,25 )−(75 ×56,25)
(5×1375 )−5625
¿0,75
a=Σ x2 Σy−ΣxΣ( xy)
nΣ x2−( Σx )2
¿(1375× 56,25 )−(75 ×1031,25)
(5 ×1375 )−5625
¿0
Sehingga, persamaan garis lurus menjadi:
y=bx+a
y=0,75 x
Pada saat waktu retensi sebesar 2,4 menit diperoleh tinggi puncak 9,25 mm.
Sehingga, nilai ini dapat dimasukkan ke dalam persamaan (4). Tinggi puncak
digunakan sebagai y.
9,25=0,75 x
x=12,33 %
Didapatkan nilai x atau nilai konsentrasi hexachlorobenzene dalam larutan standar
sebesar 12,33 %. Diketahui bahwa larutan air minum memiliki volume 5 μL.
Sehingga, volume hexachlorobenzene dalam larutan standar ialah:
V=12,33 %×5 μL
¿0,62 μL
¿6,2 ×10−7 L
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 18
.......................... (14)
.......................... (15)
.......................... (16)
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Jadi, konsentrasi senyawa hexachlorobenzene dalam sampel air minum ialah sebesar
12,33% atau memiliki volume 6,2 ×10−7 L dari 5 μL larutan air minum.
2. Resolusi kolom (Rs) [tanpa satuan]
Jawab:
Secara umum, letak pita-pita elusi pada sumbu horisontal kromatogram dan
ketebalannya akan menentukan seberapa tuntas suatu pemisahan dari campuran awal
yang telah dilakukan. Sampel ini dianggap sulit untuk dipisahkan sehingga
menyulitkan pembahasan mengenai pemisahan campuran. Resolusi dapat disebut
juga separation. Resolusi merupakan dua zat terlarut yang didasarkan pada waktu-
waktu retensi dan lebar pita.
Kolom yang lebih efisien akan mempunyai resolusi yang baik. Tingkat
pemisahan komponen dalam suatu campuran dengan metoda kromatografi
direfleksikan dalam kromatogram yang dihasilkan. Untuk hasil pemisahan yang baik,
puncak-puncak dalam kromatogram harus terpisah secara sempurna dari puncak
lainnya dengan sedikit overlapping atau tidak terjadi overlapping sama sekali.
Tingkat pemisahan antara puncak-puncak kromatografi yang bersebelahan
merupakan fungsi jarak antara puncak maksimum dan lebar puncak yang
berhubungan. Resolusi tidak memiliki satuan. Nilai resolusi dapat diketahui
berdasarkan persamaan (5). Dengan R sebagai resolusi, tR waktu retensi dan W
adalah lebar dasar puncak.
R=2[ (tR )B−(tR )A ]
W B+W A
Pada kasus diatas, diketahui data sebagai berikut:
Waktu retensi larutan standar hexachlorobenzene, (tR )A = 2,4 menit
Waktu retensi larutan standar pentachlorobenzene,(tR )B = 7,2 menit
Lebar dasar puncak hexachlorobenzene, W A = 1,45 menit
Lebar dasar puncak pentachlorobenzene, W B = 2,85 menit
Menggunakan persamaan (5) maka nilai resolusi dapat diketahui sebagai berikut:
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 19
.......................... (17)
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
R=2[ (tR )B−(tR )A ]
W B+W A
¿2 (7,2−2,4 ) menit(2,85+1,45 ) menit
¿ 9,64,3
¿2,23
Nilai resolusi harus mendekati atau lebih dari 1,5 karena akan memberikan
pemisahan puncak yang baik (base line resolution). Resolusi yang besar akan dicapai
jika perbedaan waktu retensi analit cukup besar dan lebar puncak analit dengan analit
lain sesempit mungkin. Semakin baik nilai resolusi maka semakin kecil
kemungkinan tumpang tindih pada grafik.
Jadi, nilai resolusi kolom pada percobaan kromatografi gas kali ini sebesar 2,23.
Nilai ini termasuk nilai resolusi yang cukup baik dan memberikan pemisahan puncak
yang baik.
3. Jumlah piringan rata-rata (N rata-rata)
Jawab :
Salah satu karakteristik sistem kromatografi yang paling penting adalah efisiensi
atau jumlah piringan teoritis. Jumlah piringan ini seringkali digunakan untuk
menunjukkan performa kolom. Sehingga, jumlah piringan dapat dikatakan sebagai
ukuran kemampuan kolom untuk memisahkan campuran senyawa. Menurut teori
piringan ini, kromatografi dibayangkan terdiri dari segmen-segmen identik yang
disebut plat teoritis. Di dalam setiap plat teoritis dianggap terjadi kesetimbangan
distribusi. Semakin banyak jumlah plat teoritis maka semakin baik kemampuan
memisahkan atau efisiensi kolom semakin baik. Nilai plat teoritis dapat diketahui
dari persamaan (6). Dengan N sebagai jumlah plat teoritis, tR waktu retensi dan W
adalah lebar dasar puncak.
N=16 ((tR)W )
2
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 20
.......................... (18)
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Pada kasus diatas, diketahui data seperti yang telah tertera pada soal nomor 2.
Menggunakan persamaan (3), pertama-tama dicari terlebih dahulu nilai dari jumlah
piringan yang dibutuhkan hexachlorobenzene (NA) dan nilai dari jumlah piringan
yang dibutuhkan pentachlorobenzene (NB).
Jumlah piringan yang dibutuhkan hexachlorobenzene (NA)
N A=16( (tR )A
W A)
2
¿16( 2,41,45 )
2
¿16 ×2,74
¿43,83
Jumlah piringan yang dibutuhkan pentachlorobenzene (NB)
N B=16( (tR )BW B
)2
¿16( 7,22,85 )
2
¿16 ×6,38
¿102,12
Jumlah piringan rata-rata yang dibutuhkan ialah:
N=N A+ NB
2
¿ 43,83+102,122
¿72,97Jadi, jumlah piringan rata-rata yang dibutuhkan sebanyak 72,97 atau sekitar 73
piringan.
4. Tinggi Piringan
Asumsi panjang kolom (L) yang digunakan adalah 25 m dengan N = 85 piringan,
tinggi piringannya adalah
H= LN
H= 25 m85 piringan
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 21
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
H=0,29 m
Jadi, tinggi piringannya adalah 0,29 m.
5. Panjang kolom jika resolusi 1.5
Pada persamaan resolusi
R s=√N4 (α−1
α )( kB
1+k B).........................(19)
k dan α tidak berubah secara drastis dengan adanya perubahan L dan N, sehingga
kita bisa anggap k dan α akan konstan. Apabila resolusi ingin diubah, maka yang
mempengaruhi adalah akar dari jumlah piringannya, sehingga didapat persamaan
(R¿¿S )1
(R¿¿ S)2=√N 1
√N 2
¿¿
Dengan (R¿¿ S)1¿ = 1,88, (R¿¿ S)2 ¿ = 1,5 , N1 = 88 piringan, dan N2 adalah jumlah
piringan yang akan dicari. Apabila kita substitusikan akan diperoleh:
1,881,5
=√88
√N2
N2=(√88 x 1,51,88 )
2
N2=56,02 ≈ 56 piringan
Dengan diketahuinya jumlah piringan, kita bisa menentukan berapa panjang
kolomnya bila resolusi menjadi 1,5 dengan tinggi piringan tetap (H = 0.29 m)
N2=L2
H
L2=N2 . H
L2=56 piringan x0,29m
L2=16,24 m
Sehingga, panjang kolom bila resolusi kolom yang diharapkan 1,5 adalah 16,24 m.
6. Waktu elusi senyawa metil propionat yang diperlukan pada panjang kolom
tersebut
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 22
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Resolusi pada kolom yang diperpanjang adalah 1,5. Waktu elusi setelah kolom
diperpanjang bisa ditentukan dengan menggunakan resolusi kolomnya. Dari
penurunan persamaan resolusi, diperoleh hubungan antara waktu retensi dengan
resolusi sebagai
(tR)B=16 R s
2 Hu ( α
α−1 )2 (1+k B)
3
(kB)2
.........................(20)
u , α, dan k diasumsikan tidak berubah atau perubahannya sangat kecil apabila
waktu retensi dan resolusi berubah, sehingga didapatkan persamaan
(R¿¿ S)12
(R¿¿ S)22=
(tR)1
(tR)2
¿¿
(tR)2=(R¿¿S )2
2
(R¿¿S)12(tR)1¿
¿
(tR)2=(1,5)2
(1,88)2 3,4 menit
(tR)2=2,16menit
Sehingga, pada kolom yang telah diperpanjang, waktu elusinya adalah 2,16 menit.
BAB III
KESIMPULAN
Dari solusi yang telah dibahas pada bab sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa:
Efek buruk yang ditimbulkan oleh pencemaran karena pestisida sangat banyak
dan bukan hanya bagi manusia saja, bahkan juga bagi lingkungan di sekitarnya.
Teknik GC/MS dapat dipergunakan untuk melakukan analisis kandungan
pestisida dalam air minum. Teknik ini merupakan perpaduan dari kedua teknik,
yaitu kromatografi gas (GC) dan spektrometri massa (MS).
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 23
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Pengukuran metode kromatografi gas memiliki dua bagian penganalisaan.
Pertama yaitu analisa kualitatif, serta yang kedua adalah analisa kuantitatif.
Analisa tersebut masing-masing memiliki parameter dalam bagian
pengukurannya.
Parameter yang digunakan dalam analisa diantaranya:
o Parameter dalam laju pemisahan zat terlarut,
o Parameter dalam perluasan pita (band broadening) dan efisiensi kolom
(column efficiency)
o Parameter dalam resolusi kolom (column resolution)
Dengan analisa kuantitatif metode GC-MS, kita dapat menghitung konsentrasi
senyawa campuran, resolusi kolom, jumlah piringan rata-rata, tinggi piringan,
panjang kolom, dan waktu elusi senyawa.
DAFTAR PUSTAKA
Pustaka Buku
Anderson, K dan Scoot,R. (1982). Fundamental of Industrial Toxicology. Michigan:
Ann Arbor Science Publisher.
Basset, J, et al. 1994. Buku Ajar Vogel Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik. Penerbit
Buku Kedokteran EGC: Jakarta.
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 24
KIMIA ANALITIK [GC/MS]
Bergstrom, Sven. (1952). “Nickel–Cadmium Batteries – Pocket Type” Journal of the
Electrochemical Society. New York: The Electrochemical Society.
D.A,Skoog,et.al. 1988. Fundamental of Analytical Chemistry, 5th edition. Saunders
College.
Day, Underwood. 1991. Quantitative Analysis. New Jersey: Prentice Hall Publishing.
Khopkar. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Penerbit Universitas Indonesia: Jakarta.
McMaster, M.2008.GC/MS: A Practical User’s Guide.Canada:Wiley.
Rivai, Harrizul. 1995. Asas Pemeriksaan Kimia. Penerbit UI Press: Jakarta.
Underwood, A. L., R. A. Day. 1991. Quantitative Analysis 6th edition. New York:
Prentice-Hall, Inc.
Pustaka Internet
Wrasmitha, M.C.(2012) ’Dugaan Perkosaan Menggunakan Obat’ Farmasi Forensik
[Online], Available: http://gelgel-wirasuta.blogspot.com/[17 Juli 2012]
Arrasyid,Miranda Hasanah.(2011). ’Makalah Gas Kromatografi’ [Online],Available:
http://ml.scribd.com/doc/76265964/MAKALAH [Diakses pada tanggal 17 Juli
2012 pukul 10.12]
LAMPIRAN
Pemicu 5 – Analisis Pestisida dalam Air Minum 25