Kromatografi

KROMATOGRAFI GAS

Kromatografi gas adalah teknik untuk mengukur komponen gas dari sampel cairan yang dilakukan dengan alat analisis yang disebut Kromatograf Gas. Sampel diinjeksikan ke dalam kromatograf dan diuapkan kemudian diangkut oleh aliran gas inert ke dalam tabung pemisah yang disebut kolom, detektor di ujung kolom mengukur konsentrasi komponen yang dipisahkan saat keluar dari kolom.

Gas dengan kemurnian tinggi (gas pembawa/fasa gerak) mengalir ke injektor, melalui kolom dan kemudian ke detektor. Sampel dimasukkan ke dalam injektor biasanya dengan jarum suntik atau perangkat pengambilan sampel otomatis.

Injektor biasanya dipanaskan hingga 150-250 ° C sehingga larutan sampel yang mudah menguap akan menguap.

Zat terlarut yang diuapkan diangkut ke dalam kolom oleh gas pembawa. Kolom dipertahankan dalam oven dengan suhu yang diatur.

Pengaturan suhu kolom

Isothermal
Temperature Gradient

Sinyal elektronik dihasilkan setelah interaksi zat terlarut dengan detektor. Sinyal diplot terhadap waktu untuk menghasilkan kromatogram.

Ukuran puncak yang dihasilkan sesuai dengan jumlah senyawa dalam sampel. Puncak yang lebih besar diperoleh dengan meningkatnya konsentrasi senyawa yang sesuai.

Jika kolom dan semua kondisi operasi dijaga tetap sama, senyawa tertentu selalu berjalan melalui kolom dengan kecepatan yang sama. Jadi, suatu senyawa dapat diidentifikasi dengan waktu yang dibutuhkan untuk melakukan perjalanan melalui kolom (disebut waktu retensi).

Sampel dengan jumlah yang diketahui diukur dan dibandingkan waktu retensi dan luas area puncaknya dengan standar yang diketahui konsentrasinya.

Nilai ini digunakan untuk menentukan apakah senyawa target ada di dalam sampel (dengan membandingkan waktu retensinya) dan berapa jumlahnya (dengan membandingkan luas area puncaknya).

Sistem deteksi dalam kromatografi gas (GC) memberikan sinyal respons senyawa kimia yang dipisahkan oleh kolom kromatografi.

Aliran entitas kimia dalam jumlah terbatas tiba di detektor dalam pita diskrit dalam fase gas.

Pita ini memiliki waktu tinggal yang relatif singkat di detektor, oleh karena itu, detektor harus merespons keberadaan analit dalam fase gerak yang mengalir dengan sangat cepat, dalam beberapa hal dalam waktu kurang dari satu detik.

Uji Kualitatif -----> $t_R$
Uji Kuantitatif ----> Luas Area

Adisi Standar: Penambahan senyawa acuan dengan konsentrasi tertentu untuk mengetahui $t_R$ maupun konsentrasi ANALIT

WAKTU RETENSI ($t_R$)

Waktu retensi ($t_R$) adalah waktu yang dibutuhkan zat terlarut dari waktu injeksi atau running sampai keluar puncak kromatogram.

Waktu retensi adalah ukuran jumlah waktu yang dihabiskan zat terlarut dalam kolom. Ini adalah jumlah waktu yang dihabiskan dalam fase diam dan fase gerak.

Internal Standar: Senyawa yang ditambahkan dengan jumlah baik dalam standar maupun sampel.
Fungsi Internal Standar: Sebagai acuan untuk normalisasi respon sampel terhadap respon internal standar

Powerpoint: Pengantar Kromatografi

COLUMN BLEED:

Kolom bleeding adalah elusi fase diam sehinggu ikut terbawa keluar dari kolom. Kolom bleeding meningkat pada suhu yang lebih tinggi.

BATAS TEMPERATUR KOLOM:

Kolom memiliki batas suhu bawah dan atas. Jika kolom digunakan di bawah batas suhu bawahnya, puncak bulat dan lebar diperoleh (yaitu, hilangnya efisiensi).

Tidak ada kerusakan kolom yang terjadi; Namun, kolom tersebut tidak berfungsi dengan baik. Menggunakan kolom pada atau di atas batas bawahnya mempertahankan bentuk puncak yang baik.

Batas suhu atas sering dinyatakan sebagai dua angka. Yang lebih rendah adalah batas suhu isotermal. Kolom dapat digunakan pada suhu ini dan kolom bleeding yang wajar dan umur pakai akan sesuai spesifikasinya.

Angka atas adalah batas program suhu. Kolom dapat dipertahankan pada suhu ini selama 10-15 menit tanpa memperpendek umur kolom atau mengalami bleeding kolom yang terlalu tinggi.

Mengekspos kolom ke suhu yang lebih tinggi untuk periode waktu yang lama menghasilkan bleeding kolom yang lebih tinggi dan umur kolom menjadi lebih pendek. Melebihi batas suhu atas dapat merusak fase diam dan kelembaman pipa silika.

KAPASITAS KOLOM:

Kapasitas kolom adalah jumlah maksimum zat terlarut yang dapat dimasukkan ke dalam kolom sebelum terjadi distorsi puncak yang signifikan.

Puncak yang kelebihan beban asimetris pada tepi depan. Puncak yang kelebihan beban sering kali digambarkan sebagai bentuk "sirip hiu". Puncak tailing diperoleh jika kolom PLOT kelebihan beban. Tidak ada kerusakan yang terjadi jika kolom kelebihan beban.

Jenis Kolom Kapiler pada GC

Kolom kapiler dikenal sebagai kolom 'Open Tubular'. Suatu film tipis (0,1-10,0 mikro meter) dari polimer yang stabil secara termal dilapisi ke dinding pipa berdiameter kecil (0,05-0,53 mm id).

Kebanyakan kolom terbuat dari kaca atau kaca silikat seperti kaca alkali-borosilikat, kaca borosilikat, atau kaca silikat alumina. Material lain seperti stainless steel, aluminium, tembaga, dan bahkan plastik telah digunakan. Namun, masing-masing memiliki kelebihan masing-masing sesuai dengan aplikasinya.

PLOT: POROUS LAYER OPEN TUBULAR.

Fase diam adalah adsorben, pengepakan, atau polimer berpori. Hanya penyangga (pengepakan) yang ditambahkan ke dinding bagian dalam kolom.

Kolom PLOT sangat berguna. Mereka digunakan untuk mendapatkan pemisahan yang tidak mungkin dilakukan dengan fase diam konvensional. Selain itu, banyak pemisahan yang memerlukan suhu di bawah ruang dengan polisiloksan atau polietilen glikol dapat dengan mudah dilakukan di atas suhu lingkungan dengan kolom PLOT.

Gas hidrokarbon dan belerang, gas mulia dan permanen, serta pelarut dengan titik didih rendah adalah beberapa senyawa yang lebih umum dipisahkan dengan kolom PLOT.

Beberapa kolom PLOT terkadang dapat kehilangan partikel fase diam. Untuk alasan ini, penggunaan kolom PLOT yang dapat kehilangan partikel dengan detektor yang terpengaruh secara negatif oleh materi partikulat tidak disarankan. Spektrometer massa sangat rentan terhadap masalah ini karena adanya ruang hampa yang kuat di pintu keluar kolom.

SCOT/Support Columns Open Tubular:KOLOM OPEN TUBULAR DENGAN LAPISAN PENDUKUNG.

Baik pendukung (pengepakan) dan fase diam ditambahkan ke dinding kolom. Dinding bagian dalam dilapisi dengan lapisan tipis bahan pendukung seperti tanah diatom yang telah teradsorpsi dengan fasa diam. Kolom Scot dapat menampung volume fasa diam yang lebih besar tetapi masih memiliki efisiensi kolom yang lebih rendah daripada kolom WCOT.

WCOT/Wall Coated Open Tubular: KOLOM TUBULAR TERBUKA DENGAN DINDING DILAPISI.

Hanya fase diam yang ditambahkan ke dinding kolom jenis ini. Kolom kaca WCOT dapat dietsa secara kimiawi dengan pengolahan gas atau asam pekat untuk memberikan permukaan kasar yang sesuai agar fasa diam dapat terikat lebih kuat.

FSWC: KOLOM OPEN TUBULAR DENGAN DINDING SILIKA DILAPISI LELEHAN SILIKA.

Ini adalah jenis khusus dari kolom WCOT, dan merupakan salah satu kolom kapiler tubular terbuka yang paling populer. Dinding kolom ini dilapisi dengan fase diam cair. Kolom diambil dari silika murni dan jauh lebih tipis dari kolom kaca. Mereka memiliki diameter sekecil 0.1mm dan panjang hingga 100m. Bagian luar kolom diolah dengan lapisan poliamida untuk melindunginya dan memungkinkannya ditekuk menjadi gulungan agar muat di dalam oven kromatograf gas.

Kolom FSWC memiliki kekuatan, fleksibilitas, reaktivitas rendah, kecepatan dan efisiensi yang tinggi.

Fase Stasioner Kromatografi Gas

POLLISILOKSAN:

Polisiloksan adalah fase diam yang paling umum. Polisloksan tersedia dalam banyak variasi, stabil, kuat, dan serbaguna.

Polisiloksan paling dasar tersubstitusi metil 100%. Adanya gugus lain biasanya dijelaskan di spesifikasi kolom, misalnya, 5% difenil-95% dimetil polisiloksan mengandung 5% gugus fenil dan 95% gugus metil. Awalan "di-" menunjukkan bahwa setiap atom silikon mengandung dua kelompok tersebut. Kadang-kadang prefiks ini dihilangkan meskipun ada dua kelompok identik.

Nilai persen sianopropilfenil bisa menyesatkan. Polisiloksan sianopropilfenil-dimetil 14% mengandung 7% sianopropil dan 7% fenil (bersama dengan 86% metil). Gugus sianopropil dan fenil berada pada atom silikon yang sama, sehingga jumlahnya dijumlahkan.

POLIETILEN GLIKOL:

Polietilen glikol (PEG) banyak digunakan sebagai fase diam. Fase diam dengan nama "parafin" atau "FFAP" adalah sejenis polietilen glikol. Fase diam polietilen glikol tidak tersubstitusi, sehingga polimer tersebut 100% dari bahan yang disebutkan. PEG kurang stabil, kurang kuat dan memiliki batas suhu yang lebih rendah daripada kebanyakan polisiloksan.

Dengan penggunaan biasa, PEG menunjukkan masa hidup yang lebih pendek dan lebih rentan terhadap kerusakan karena pemanasan berlebih atau paparan oksigen.

Sifat pemisahan yang unik dari polietilen glikol membuat masalah ini dapat ditoleransi. Fase diam polietilen glikol harus berupa cairan dalam kondisi suhu GC.

PADATAN: ADSORBEN POROUS

Fase diam gas-padat adalah adsorben berpori yang terdiri dari lapisan tipis (biasanya <10 um) partikel kecil yang menempel pada permukaan pipa.

Ini adalah kolom tubular terbuka lapisan berpori (PLOT). Senyawa sampel menjalani proses adsorpsi/desorpsi padat-gas dengan fase diam.

Berbagai turunan stirena, aluminium oksida, dan molekuler sieves adalah fase diam kolom PLOT yang paling umum.

FASE STATIONARY BERIKAT DAN TERKAIT LINTAS:

Fase diam ikatan silang memiliki rantai polimer individu yang dihubungkan melalui ikatan kovalen. Fase diam terikat secara kovalen terikat pada permukaan pipa. Kedua teknik tersebut meningkatkan stabilitas termal dan pelarut ke fase diam. Juga, kolom dengan fase diam terikat dan ikatan silang dapat dibilas pelarut untuk menghilangkan kontaminan.

Kebanyakan fase diam polisiloksan dan polietilen glikol terikat dan dihubungsilangkan. Beberapa fase diam tersedia dalam versi tanpa ikatan; beberapa fase diam tidak tersedia dalam versi terikat dan tautan silang.

MASALAH DALAM KROMATOGRAFI GAS:

EVALUASI MASALAH:

Langkah pertama dalam upaya pemecahan masalah adalah mengevaluasi situasinya.

Tergesa-gesa untuk menyelesaikan masalah sering kali mengakibatkan bagian penting dari informasi penting terlewatkan atau diabaikan.

Cari perubahan atau perbedaan pada kromatogram misalnya pergeseran waktu retensi, noise, penyimpangan baseline, atau perubahan bentuk puncak. Hal-hal tersebut hanyalah beberapa dari petunjuk lain yang sering menunjukkan atau mempersempit daftar kemungkinan penyebab masalah.

Terakhir, catat setiap perubahan atau perbedaan yang melibatkan sampel. Pelarut, botol vial, pipet, kondisi penyimpanan, umur sampel, teknik ekstraksi atau preparasi, atau faktor lain yang mempengaruhi lingkungan sampel yang dapat menjadi penyebab masalah.

CEK DAN OBSERVASI SEDERHANA:

Sejumlah masalah yang melibatkan komponen sistem GC yang sederhana sering diabaikan. Banyak dari item ini terlihat dalam operasi harian GC dan sering kali dianggap remeh (atur dan lupakan). Area dan item yang perlu diperiksa meliputi:

Gas - tekanan, kecepatan linier rata-rata gas pembawa, dan laju aliran (detektor, ventilasi terpisah, pembersihan septum).
Temperatur - kolom, injektor, detektor dan jalur transfer.
Parameter sistem - waktu aktivasi pembersihan, atenuasi dan jangkauan detektor, rentang massa, dll.
Saluran dan perangkap gas - kebersihan, kebocoran, kedaluwarsa.
Bahan habis pakai injektor - septa, liner, cincin-O, dan ferrules.
Integritas sampel - konsentrasi, degradasi, pelarut, penyimpanan.
Jarum suntik - teknik penanganan, kebocoran, ketajaman jarum, kebersihan.
Sistem data - pengaturan dan koneksi.

PUNCAK HANTU DAN CARRYOVER:

Kontaminasi sistem bertanggung jawab atas sebagian besar masalah ghost peak atau carryover.

Jika puncak bayangan ekstra memiliki lebar yang sama dengan puncak sampel (dengan waktu retensi serupa), kontaminan kemungkinan besar dimasukkan ke dalam kolom pada saat yang sama dengan sampel. Senyawa ekstra mungkin ada di injektor (yaitu, kontaminasi) atau dalam sampel itu sendiri.

Kotoran dalam pelarut, vial, tutup dan jarum suntik hanyalah beberapa dari kemungkinan sumber.

Sampel yang diinjeksi dan blanko pelarut dapat membantu menemukan kemungkinan sumber kontaminan.

Jika puncak bayangan jauh lebih luas daripada puncak sampel, kontaminan kemungkinan besar sudah ada di kolom saat injeksi dilakukan. Senyawa ini masih berada di dalam kolom ketika proses GC sebelumnya dihentikan. Mereka terelusi saat pengukuran dan seringkali sangat luas.

Terkadang banyak puncak hantu dari beberapa suntikan tumpang tindih dan terelusi sebagai punuk atau gumpalan. Hal ini sering kali terlihat seperti drift baseline atau wander.

Meningkatkan suhu atau waktu akhir dalam program suhu adalah salah satu metode untuk meminimalkan atau menghilangkan masalah puncak bayangan.

Alternatifnya, pemanasan singkat setelah setiap putaran atau rangkaian putaran dapat menghilangkan senyawa yang sangat tertahan dari kolom sebelum menyebabkan masalah.

Melakukan uji kondensasi adalah metode yang baik untuk menentukan apakah injektor yang terkontaminasi adalah sumber sisa atau puncak hantu.

Degradasi dan Kontaminasi Kolom

KERUSAKAN KOLOM:

Lapisan polimida melindungi pipa silika leburan yang rapuh.

Pemanasan dan pendinginan oven yang terus menerus, getaran yang disebabkan oleh kipas oven dan luka pada sangkar melingkar semuanya memberi tekanan pada tabung.

Kolom berdiameter lebih besar lebih rentan terhadap kerusakan. Ini berarti bahwa perawatan dan pencegahan yang lebih baik terhadap kerusakan harus dilakukan dengan 0,45-0,53 mm I.D. tubing dibandingkan dengan 0,18-0,32 mm ID pipa.

Kolom yang rusak tidak selalu berakibat fatal. Jika kolom yang rusak dipertahankan pada suhu tinggi baik secara terus menerus atau dengan beberapa program suhu berjalan, kerusakan kolom sangat mungkin terjadi.

Bagian belakang dari kolom yang rusak yang terkena oksigen pada suhu tinggi yang dengan cepat merusak fase diam.

Setengah bagian depan baik-baik saja karena gas pembawa mengalir melalui bagian panjang kolom ini. Jika kolom yang rusak belum dipanaskan atau hanya terkena suhu tinggi atau oksigen untuk waktu yang sangat singkat, bagian belakangnya mungkin tidak mengalami kerusakan yang berarti.

KERUSAKAN TERMAL:

Melebihi batas suhu atas kolom mengakibatkan degradasi yang dipercepat dari fasa diam dan permukaan tabung. Hal ini mengakibatkan timbulnya pendarahan kolom yang berlebihan secara dini, tailing puncak untuk senyawa aktif dan / atau hilangnya efisiensi (resolusi).

Untungnya, kerusakan termal merupakan proses yang lebih lambat, sehingga diperlukan waktu yang lama di atas batas suhu sebelum terjadi kerusakan yang signifikan. Kerusakan termal sangat dipercepat dengan adanya oksigen. Kolom yang terlalu panas dengan kebocoran atau tingkat oksigen yang tinggi dalam gas pembawa mengakibatkan kerusakan kolom yang cepat dan permanen.

Tindakan Korektif

Menyetel suhu oven maksimum pada atau beberapa derajat di atas batas suhu kolom adalah metode terbaik untuk mencegah kerusakan termal. Ini mencegah kolom yang terlalu panas secara tidak sengaja. Jika kolom rusak secara termal, itu mungkin masih berfungsi.

Lepas kolom dari detektor. Panaskan kolom selama 8-16 jam pada batas suhu isotermal.

Buang 10-15 cm kolom dari ujung detektor. Pasang kembali kolom dan kondisi seperti biasa.

Kolom biasanya tidak kembali ke performa aslinya; Namun, seringkali masih berfungsi. Umur kolom akan berkurang setelah kerusakan termal.

KERUSAKAN OKSIGEN:

Oksigen adalah musuh bagi sebagian besar kolom GC kapiler. Meskipun tidak ada kerusakan kolom yang terjadi pada atau di dekat suhu lingkungan, kerusakan parah terjadi saat suhu kolom meningkat.

Secara umum, suhu dan konsentrasi oksigen menyebabkan kerusakan yang lebih rendah untuk fase diam polar.

Masalah terjadi bila paparan oksigen konstan untuk jangka waktu yang relatif lama.

Paparan sesaat seperti suntikan udara atau pembersihan mur septum dengan durasi yang sangat singkat tidak menjadi masalah.

Kebocoran di jalur aliran gas pembawa (misalnya, saluran gas, alat kelengkapan, injektor) adalah sumber paparan oksigen yang paling umum. Saat kolom dipanaskan, terjadi degradasi fase diam yang sangat cepat. Hal ini mengakibatkan timbulnya bleeding kolom yang berlebihan secara dini, tailing puncak untuk senyawa aktif dan/atau hilangnya efisiensi (resolusi).

Ini adalah gejala yang sama seperti kerusakan termal. Sayangnya, pada saat kerusakan oksigen ditemukan, kerusakan kolom yang signifikan telah terjadi.

Dalam kasus yang tidak terlalu parah, kolom mungkin masih berfungsi tetapi dengan tingkat kinerja yang berkurang.

Dalam kasus yang lebih parah, kolom mengalami kerusakan permanen.

Tindakan Korektif

Mempertahankan sistem oksigen dan bebas kebocoran adalah pencegahan terbaik terhadap kerusakan oksigen.

Pemeliharaan sistem GC yang baik mencakup pemeriksaan kebocoran berkala pada saluran dan regulator gas, penggantian septa secara teratur, penggunaan gas pembawa berkualitas tinggi, pemasangan dan penggantian perangkap oksigen, dan penggantian tabung gas sebelum benar-benar kosong.

KERUSAKAN KIMIA:

Ada relatif sedikit senyawa yang merusak fase diam. Menginjeksikan senyawa non-volatil (berat molekul tinggi atau titik didih tinggi) dalam kolom sering menurunkan kinerja, tetapi kerusakan pada fase diam tidak terjadi. Residu ini sering kali dapat dihilangkan dan kinerja dikembalikan dengan pembilasan kolom pelarut.

Basa dan asam anorganik atau mineral adalah senyawa utama yang harus dihindari

Powerpoint: Kromatografi Gas

Indeks Retensi Kromatografi Gas

RI adalah metode yang sangat mapan yang menggunakan posisi senyawa relatif terhadap tangga alkana. Setiap kali pengaturan diubah untuk urutan baru, campuran alkana dijalankan bersama dengan sampel lainnya. Suatu senyawa dengan RI = 1300 selalu berada di antara C12 (RI = 1200) dan C14 (RI = 1400), sehingga indikator ini jauh lebih universal dan independen daripada RT.

Jenis indeks retensi berikut direpresentasikan:

Indeks retensi Kovats Isotermal

$$I_x = 100n + 100 \frac{[log(tx) − log(tn)]}{[log(tn+1) − log(tn)]}$$

Indeks retensi Kovats non-isotermal (dari pemrograman suhu, menggunakan definisi Van den Dool dan Kratz) $$I_x = 100n + 100 \frac{(t_x -t_n )}{(t_{n + 1} - t_n )}$$
Indeks retensi Lee (data isotermal dan non-isotermal)

dimana $t_n$ dan $t_{n + 1}$ adalah waktu retensi hidrokarbon n-alkana referensi terelusi segera sebelum dan sesudah senyawa kimia "x"; $t_x$ adalah waktu retensi senyawa “x”. Indeks retensi Lee ditentukan dengan analogi dengan indeks Kovats untuk senyawa referensi berikut: benzena, naftalen, fenantrena, krisan dan pikena.