Embed Size (px)
Citation preview
KROMATOGRAFI GAS
Any Guntarti
Gas Chromatography
Dasar Pemisahan
• Penyebaran cuplikan antara 2 fase → fase diam & fase gerak• Aplikasi → senyawa mudah ↑
erdasarkan Fase Diam• KGP → fase diam padat
Dasar → penyerapan fase diam / adsorpsiEx: silika gel, ayakan nol, arang dsb.
• KGC → fase diam cairDasar pemisahan → partisi sampel yang masuk/keluar dari lapisan cair
Sampel / cuplikan : bisa cair, padat, gasContoh Fase Gerak : gas H2, He, N2
Keuntungan
• Kolom scr kontinyu dijaga oleh FG/ gas• Sampel terpisah secara sempurna• Waktu relatif pendek• Sensitivitas tinggi• Sampel sedikit• mudah
Kerugian • Komponen yang tertahan kuat dalam fase
diam → sulit dipisahkan ↓
diatasi dengan suhu kolom ↑• Personal tertentu• Mahal
agian Dasar Kromatografi Gas
Tangki gas pembawaPengendali aliran & pengatur tekananGerbang suntikKolomDetektorPerekamTermostat
SCHEMATIC OF GC
9
Carrier gas
Injector
Column
Detector
Recorder and Data processing
1. Tangki gas pembawa/fase gerak
• Gas pembawa → H2, He, N2
Syarat :LembamMeminimumkan difusiMudah didapat & murniCocok dengan detektor → pers. Van Deemter
H = A + B/u + C.u
Gas Purity
A. Molecular Sieve Trap B. Hydrocarbon Trap C. Oxygen Trap
Traps
14
Molecular Sieve Trap (moisture trap)
Hydrocarbon Trap Oxygen Trap
2. Sample Injection System
• Introduced as a plug of vapor with suitable size
• Slow injection or oversized samples cause band spreading and poor resolution
• Microsyringes• Injection ports• diperkenalkan sebagai plug uap dengan ukuran yang cocok
Injksi lambat atau sampel kebesaran menyebabkan band yang menyebar dan miskin resolusiMicrosyringesport injeksi
15
Injection port
• 50º C greater than boiling point of the least volatile component
• Sample size: L• Split mode (1:100)• Split/splitless mode• Autosampler• 50 º C lebih besar dari titik didih komponen
paling volatilUkuran sampel: LMode split (1:100)Split / modus pisahautosampl
16
Septum
Heated injection port
Column
Vent
Carrier gas Septum
purge
Inlet liner
Vaporization Injectors
• Basic design– a glass liner resides inside
the heated, metal injector body
• Sample introduction– rapidly vaporizes as of high
temperature– carried by the movement of
carrier gas into the column– dasar desain
liner kaca berada dalam panas, injector tubuh logampengenalan sampelcepat menguap pada suhu tinggidibawa oleh pergerakan gas pembawa ke dalam kolom
17
Microsyringes/ Autosampler
18
Gas-tight syringeAutosampler
Microsyringe
Inlet Liners
19
Accessories: Vial, Septa and Caps
20
3. Kolom
Mengkondisikan kolomMinimum 2 jam, 250C di atas suhu maksimum kolom yang digunakanAliran gas pembawa lambat (5 – 10 ml/menit)Jangan disambung ke detektor
Contoh Penyangga
Chromosorb PChromosorb WChromosorb GChromosorb TBataFluoropak 80
Sifat penyangga :
Lembam Tidak mudah remukPermukaan luasBentuk teratur,
ukuran sama
Column Dimensions
• Column Length: 10 – 60 m
• Column Internal Diameter: 0.10 – 0.53 mm
• Stationary Phase Film Thickness: 0.10 – 0.25 m
23
Jenis kolom
• Kolom packed dan kolom kapiler
25
Packed vs Capillary
• Length: 2-50 m or more• Stainless steel, glass, fused silica, or Teflon
Packed Column Open-tubular Column (capillary column)
Packed Column• Glass or metals• 2-3 m long, 2-4 mm i.d.• Densely packed with packing materials or solid support
coated with thin layer of stationary liquid phase• Diatomaceous earth• Size: 60-80 mesh (250-170 m) or 80-100 mesh (170-
149 m)• Kaca atau logam
2-3 m panjang, 2-4 mm i.d.Padat dengan bahan kemasan atau dukungan padat dilapisi dengan lapisan tipis fase cair stasionertanah diatomUkuran: 60-80 jala (250-170 m) atau 80-100 jala (170-149 m)
Open Tubular Column
• Better resolution – efficient mass transfer between gas and SP
• Tubing – fused silica, glass, copper, stainless steel
29
Types of Open Tubular Column
30
Wall-coated Open Tubular
(WCOT)
Support-coated Open Tubular
(SCOT)
Porous Layer Open Tubular
(PLOT)
Porous AdsorbentLiquid phase
Solid support coated with liquid phase
FSOT: Fused-silica open tubular column
Characteristics
31
Type of ColumnFSOT WCOT SCOT Packed
Length (m) 10-100 10-100 10-100 1-6
ID (mm) 0.1-0.3, 0.53* 0.25-0.75 0.5 2-4
Efficiency (Plate/m) 2000-4000 1000-4000 600-1200 500-1000
Sample size (ng) 10-75 10-1000 10-1000 10-106
Relative pressure Low Low Low High
Relative speed Fast Fast Fast Slow
Flexible Yes No No No
Chemical inertness Best Poor
*Megabore column
Stationary Phases
32
Low volatility, thermal stability, chemical inertness
Provide k and within a suitable range
consider the polar characteristics of the analytes and select SP of similar polarity
‘Like dissolves like’ Volatilitas yang rendah, stabilitas termal, inertness kimia
Menyediakan k dan dalam kisaran yang cocokmempertimbangkan karakteristik kutub analit dan pilih SP polaritas yang sama
Stationary Phases• Solid phase
– Most uses for separation of low MW compounds and gases
– Common SP: silica, alumina, molecular sieves such as zeolites, cabosieves, carbon blacks
• Liquid phase– Over 300 different phases are widely available – grouped liquid phases
• Non-polar, polar, intermediate and special phases– Polymer liquid phase
• fase padatSebagian besar menggunakan untuk pemisahan senyawa MW rendah dan gasSP umum: silika, alumina, saringan molekuler seperti zeolit , cabosieves, karbon hitamfase cairLebih dari 300 fase yang berbeda tersedia secara luasdikelompokkan fasa cairNon-polar, polar, fase perantara dan khususFase cair Polimer
33
Stationary Phase Polymers
• Siloxane
34
Arylene
Polyethylene glycol
Liquid phases• Non-polar phase
• Primarily separated according to their volatilities• Elution order varies as the boiling points of analytes• Common phases: dimethylpolysiloxane, dimethylphenylpolysiloxane
• Polar phase• Contain polar functional groups
• Separation based on their volatilities and polar-polar interaction• Common phases: polyethyleneglycol
• Intermediate phase• Fase non-polar
Terutama dipisahkan menurut volatilitas merekaAgar Elusi bervariasi sebagai titik didih analitFase umum: dimetil, dimethylphenylpolysiloxanefase polarMengandung gugus polarPemisahan berdasarkan volatilitas mereka dan interaksi kutub-kutubFase umum: polietilenaglikolfase menengah
35
Bonded and Cross-linked SP
• Bonded and cross-linked SP provides long term stability, better reproducibility and performance.
36
Polymer chains
Cross-linking
BondingFused silica tubing surface
Common stationary phase coating for capillary column
Composition Polarity Applicaitons Temp limits
100% dimethyl polysiloxane (Gum)
Nonpolar Phenols, Hydrocarbons, Amines, Sulfur compounds, Pesticides, PCBs
-60oC to 325oC
100% dimethyl polysiloxane (Fluid)
Nonpolar Amino acid derivatives, Essential oils
0oC to 280oC
5% diphenyl 95% dimethyl polysiloxane
Nonpolar Fatty acids, Methyl esters, Alkaloids, Drugs, Halogenated compounds
-60oC to 325oC
14% cyanopropyl phenyl polysiloxane
Immediate Drugs, Steroids, Pesticides -20oC to 280oC
50% phenyl, 50% methyl polysiloxane
Immediate Drugs, Steroids, Pesticides, Glycols 60oC to 240oC
50% cyanopropylmethyl, 50% phenylmethyl polysiloxane
Immediate Fatty acids, Methyl esters, Alditol acetates
60oC to 240oC
50% trifluoropropyl polysiloxane Immediate Halogenated compounds, +Aromatics
45oC to 240oC
Polyethylene glycol – TPA modified
Polar Acids, Alcohols, Aldehydes acrylates, Nitriles, Ketones
60oC to 240oC
Polyethylene glycol Polar Free acids, Alcohols, Ethers, Essential oils, Glycols, Solvents
60oC to 220oC37
38
4. Suhu / Termostat : sistempengendali
1. Suhu gerbang suntik- cukup panas me↑ suhu cuplikan- cukup rendah mencegah penguraian
2. Suhu kolom- cukup tinggi → analisis tercapai- cukup rendah → Rs
3. Suhu detektor- jenis detektornya
5. Purpose of Detector
- Monitor the carrier gas as it emerges from the column
- Generate a signal in response to variation in its composition due to eluted components.
- Memantau gas pembawa seperti itu muncul dari kolom- Menghasilkan sinyal dalam menanggapi variasi dalam komposisi karena komponen dielusi.
40
Ideal Detector• Adequate sensitivity 10-8 – 10-15 g solute/s
• Good stability and reproducibility
• Linear response to analytes
• Temperature range from room temperature to at least 400oC
• Short response time
• High reliability and ease of use
• Similarity in response
• Nondestructive of sample
• Low background noise and ease of operation
41
• Sensitivitas yang memadai 10-8 - 10-15 g zat terlarut / sStabilitas yang baik dan reproduktifitasRespon linier untuk analitKisaran suhu dari suhu kamar sampai setidaknya 400oCWaktu respon yang singkatKehandalan tinggi dan kemudahan penggunaanKesamaan dalam menanggapiNondestructive sampelRendah kebisingan latar belakang dan kemudahan operasi
DETEKTOR, ada 2 jenis :
A. DHB (detektor hantar bahang) → TCD ( thermal Conductivity Detector)Peka terhadap laju aliran gas pembawa Makin besar jumlah tumbukan molekul dengan kawat pijar per waktu → makin besar pelepasan bahangNama lain Katarometer → Claesson (1946)
Prinsip Operasional T.C.D
• Thermal conductivity detector didasarkan pada prinsip bahwa suatu badan yang panas akan melepaskan panas pada suatu tingkat yang tergantung pada komposisi dari lingkungan sekitarnya. Kebanyakan thermal conductivity detector berisi kawat logam yang dipanaskan secara elektrik dan menjulang pada aliran gas. Resistan elektrik adalah secara normal diukur oleh Wheatstone brigde circuit.
• TCD merupakan detektor universal dan tidak mudah rusak
B. DPN (detektor pengionan nyala) → FID (flame ionization det)Bahwa hantar listrik suatu gas berbanding lurus dengan konsentrasi zarah bermuatan dalam gas
lanjutan• Sejumlah besar detektor dalam kromatografi gas diklasifikasikan
sebagai Ionization Detectors. Dalam ionization detectors, konduktivitas elektrik dari gas diukur pada kehadiran komponen analit.
• Jenis ionization detector adalah :
• Flame Ionization Detector (F.I.D.)• Electron Capture Detector (E.C.D.)• Thermionic Spesific Detector N, P spesific (T.S.D.)• Photo Ionization Detector (P.I.D.)
FID Assembly
47
Flame Ionization Detector (F.I.D.)
• Pada F.I.D, sumber ionisasi adalah pembakaran biasanya berasal dari hidrogen dan udara atau oksigen.
• FID ini sempurna dan mungkin merupakan detektor yang paling banyak digunakan. Bersifat sensitif dan digunakan secara ekstensif dengan kolom kapiler.
• FID akan memberi respon hanya terhadap senyawa organik, tidak pada udara atau air atau gas ringan yang telah ditetapkan.
• Pada senyawa-senyawa organik, selektivitas sangat kecil.
Electron Capture Detector (E.C.D.)
• Nitrogen sebagai gas pembawa mengalir melalui detektor dan terionisasi oleh sumber elektron biasanya tritum yang teradsorbsi pada Titanium atau Scandium (TiH3, ScH3) atau Nickel 63 (Ni63).
• Nitrogen terionisasi akan membentuk arus antar elektroda-elektroda.
• Analit tertentu masuk ke detektor akan bereaksi dengan elektron-elektron untuk membentuk ion negatif.
• R- X + e → R- X –
• Pada saat ini terjadi, arus akan berkurang sebagai respon negatif. Detektor akan sangat sensitif terhadap molekul yang mengandung atom-atom elektronegatif. ( N. O, S, F, Cl)
Electron capture detector sangat sensitif terhadap molekul tententu, yaitu :
• Alkil halida• Conjugated carboxyl• Nitrit• Nitrat• Organometals• Tetapi tidak sensitif terhadap :• Hydrocarbons• Alcohols• Ketones
Sebagai akibat dari sensitivitasnya terhadap alkil halida, ECD
ini telah digunakan secara ekstensif dalam analisa pestisida
dan obat-obatan dimana alkil halida telah diderivatisasi.
Pestisida tertentu telah terdeteksi pada sub picogram level.
Karena tingginya sensitivitas, ECD ini telah digunakan secara
ekstensif pada kolom kapiler.
Thermionic Spesific Detector (T.S.D) untuk N dan P
• Dengan mengoperasikan flame ionization detector pada temperatur lebih rendah dan memasukkan atom-atom logam alkali ke dalam resulting plasma, maka detektor dapat dibuat selektif terhadap nitrogen dan phosphorus.
• TSD untuk Nitrogen dan fosfor menggunakan ujung keramik yang dipanaskan secara elektrik yang terdiri dari logam alkali-Rubidium yang dioperasikan dalam lingkungan hidrogen-udara. Sebuah potensial dipasang pada sistem dan menghasilkan arus yang sebanding dengan konsentrasi nitrogen atau fosfor yang ada.
• Digunakan secara ekstensif dalam analisa obat-obatan dan pestisida.
• Dibandingkan dengan Flame Ionization Detector, T.S.D. 50 kali lebih sensitif untuk senyawa nitrogen 500 kali lebih sensitif untuk phosphorus. Dibandingkan dengan Flame Photometric Detector, T.S.D. kira-kira 100 kali lebih sensitif.
GC DetectorType Applicable samples Typical detection
limit
Flame ionization (FID) Hydrocarbons 0.2 pg/s
Thermal conductivity (TCD) Universal detector 500 pg/mL
Electron Capture (ECD) Halogenated compounds 5 fg/s
Mass Spectometer (MSD) Tunable for any species 0.25-100 pg
Nitrogen-phosphorous (NPD) N, P compounds0.1 pg/s (P)1 pg/s (N)
Electrolytic conductivity (ELCD)Compounds containing halogens, S, or N
0.5 pg Cl/s2 pg S/s4 pg N/s
Photoionization (PID) Compounds ionized by UV 2 pg/C/s
Flame Photometric (FPD) S, P compounds10-100 pg (S)1-10 pg (P)
Fourier Transform IR (FTIR) Organic compounds 0.2-40 ng 56
SFC (Supercritical Fluid Chromat)
* Pengembangan HPLC dan KG
Fase gerak fase diam ↓ ↓Cairan superkritikal HPLC / KG
↓Gas diubah menjadi 1 fase tunggal
Fase diam :• Terpacking (50 m)• Kolom kapiler
• Kerapatan cairan > → mudah larut• Viskositas, tetapi 100 x lebih besar dari fase cairan• Koef. difusi cairan diantara fase cair & fase gas → pelebaran
puncak ≥
Fase Gerak : CO2
Detektor : UV-Vis, Flouresns, Masspek
Lanjutan…Aplikasi SFC :
Pencemaran udara : HC, Aldehid, keton, SO2, H2S, H2O
Klinik : asam amino, CO2, KH, dll
Penyalut : damar
M. atsiri
Makanan
Sisa pestisida
Minyak bumi
Bahan farmasi & Obat
Kromatogram Gas pada Spektrometer Massa (GC-MS)
Ketika detektor menunjukkan puncak, setelah melewati detektor kemudian akan diuapkan untuk diuji spektrometer massa.
Hal ini akan memberikan pola fragmentasi yang dapat dibandingkan dengan data dasar senyawa yang telah diketahui sebelumnya pada komputer. Identitas senyawa-senyawa dalam jumlah besar dapat dihasilkan tanpa harus mengetahui waktu retensinya
Instrument GC-MS
Mass Spectrometer Detector (MSD)
63
MS with EI ion source, a quadrup ole mass analyzer and a continuo- us dynode electron multiplier.
64
MSD Assembly
Hyphenated GC-MS
65
EI process
• M + e- M+*
f1 f2 f3f4
This is a remarkably reproducible process. M will fragment in the same pattern every time using a 70 eV electron beamIni adalah proses yang sangat direproduksi. M akan fragmen dalam pola yang sama setiap kali menggunakan 70 eV berkas elektronsungguh
Ion Chromatogram of Safflower OilRT: 14.48 - 24.30
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Time (min)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
RT: 20.82AA: 3547389BP: 67
RT: 21.04AA: 665791BP: 55
RT: 16.04AA: 304398BP: 74
RT: 21.90AA: 291543BP: 28RT: 16.84
AA: 78898BP: 28
NL: 9.69E5TIC F: {0,0} + c EI det=350.00 Full ms [ 25.00-510.00] MS ICIS evanssaf
CI/ ion-molecule reaction
• 2CH4 + e- CH5+ and C2H5
+
• CH5+ + M MH+ + CH4
• The excess energy in MH+ is the difference in proton affinities between methane and M, usually not enough to give extensive fragmentation
• Kelebihan energi dalam MH + adalah perbedaan afinitas proton antara metana dan M, biasanya tidak cukup untuk memberikan fragmentasi yang luas
EI spectrum of phenyl acetate
Contoh :Kromatogram GC biji jinten hitam
Komponen dalam biji jinten hitam
No puncak kromatogram Perkiraan komponen
1 1,2,4 Trimetil Benzen4 2,6 Dimetilnonan
16 Undekan21 Eugenol22 Alfa-Kubeben23 Kopaen24 Beta-Kariofilli25 Alfa-Humulen26 Eugenil Asetat
Classification of Detectors
• Concentration vs. Mass flow rate• Selective vs. Universal• Destructive vs. Nondestructive
• Konsentrasi Massa vs laju alirSelektif vs UniversalMerusak vs tak rusak
78
Concentration vs. Mass Flow
• Concentration-dependent detectors: TCD, ECD– normally non-destructive– can be used in series– make-up gas lower the response
• Mass flow dependent detectors: FID, NPD, FPD– signal related to rate of solute molecules enter the detector– destructive– unaffected by make-up gas– Tergantung konsentrasi detektor: TCD, ECD
biasanya non-destruktifdapat digunakan dalam serimake-up gas menurunkan responAliran massa tergantung detektor: FID, NPD, FPDsinyal berkaitan dengan tingkat molekul terlarut masukkan detektordestruktiftidak terpengaruh oleh gas make-up 79
Selective vs. Universal
• Universal detectors: TCD– Detecting all solutes– Beneficial for qualitative screening
• Selective detectors: ECD,NPD,FPD– Responds to particular types of compounds
• common chemical or physical property– Enhances sensitivity for trace analysis– Detektor Universal: TCD
Mendeteksi semua zat terlarutBermanfaat untuk skrining kualitatifDetektor selektif: ECD, NPD, FPDTanggapi jenis tertentu senyawakimia umum atau properti fisikMeningkatkan kepekaan untuk analisis jejak
80
