GC-MS PDF

Preview

Summary

ISOLASI DAN STANDARISASI BAHAN ALAM GAS CHROMATOGRAPHY MASS SPECTROMETRY GC – MS Disusun oleh : Hanny Setyowati (1041111063) Hananun Zharfa H (1041111062) Ie Febby Angela (1041111068) Joe Agnes KS (1041111074) Muawanah (1041111098) Sherly (1041111144) Nur Aliyah (1040822190) SEKOLAH TINGGI ILMU FARM...

Description

Accelerat ing t he world's research.

GC-MS hanny tan

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

DEFINISI, INST RUMENTASI, PRINSIP KERJA, DAN MET ODE ANALISIS GAS CROMAT OGRAPHY … kimia dislit bangau Makalah Kimia Analit ik GC-MS (kelompok 2 B) nurlina ment ari MAKALAH AI FIX Zikri zihni

ISOLASI DAN STANDARISASI BAHAN ALAM GAS CHROMATOGRAPHY MASS SPECTROMETRY GC – MS

Disusun oleh : Hanny Setyowati

(1041111063)

Hananun Zharfa H

(1041111062)

Ie Febby Angela

(1041111068)

Joe Agnes KS

(1041111074)

Muawanah

(1041111098)

Sherly

(1041111144)

Nur Aliyah

(1040822190)

SEKOLAH TINGGI ILMU FARMASI “YAYASAN FARMASI” SEMARANG 2013

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Kromatografi Gas-Spektrometri Massa (GC-MS) Kromatografi gas-spektrometri massa atau dikenal dengan GC-MS adalah metode kombinasi antara kromatografi gas dan spektrometri massa yang bertujuan untuk menganalisis berbagai senyawa dalam suatu sampel. Kromatografi gas dan spektometri massa memiliki prinsip kerjanya masing-masing, namun keduanya dapat digabungkan untuk mengidentifikasi suatu senyawa baik baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Kromatografi gas merupakan salah satu teknik kromatografi yang menggunakan prinsip pemisahan campuran berdasarkan perbedaan kecepatan migrasi komponen-komponen penyusunnya. Kromatografi gas biasa digunakan untuk mengidentifikasi suatu senyawa yang terdapat pada campuran gas dan juga menentukan konsentrasi suatu senyawa dalam fase gas. Metode ini merupakan salah satu pemisahan yang sekaligus dapat menganalisis senyawasenyawa organik maupun anorganik yang bersifat termostabil dan mudah menguap. (Sumarno, 2001: 124) Berdasarkan bentuk fase diam yang digunakan, teknik kromatografi gas digolongkan dalam dua golongan utama: Kromatografi padat-gas (gas-solid chromatography) bila sebagai fase diam digunakan adsorben padat; dan kromatografi gas-cair (gas-liquid chromatography) bila sebagai fase diam digunakan fase cair yang dilapiskan pada penyangga inert atau sebagai lapisan tipis pada dinding kolom kapiler. (Noegrohati, 1996:2) Spektrometri massa adalah suatu metode untuk mendapatkan berat molekul dengan cara mencari perbandingan massa terhadap muatan dari ion yang muatannya diketahui dengan mengukur jari-jari orbit melingkarnya dalam medan magnetik seragam. Dalam spektrometri massa, molekul-molekul organik ditembak dengan berkas elektron dan diubah menjadi ionion bermuatan positif bertenaga tinggi (ion-ion molekular atau ion-ion induk) yang dapat pecah menjadi ion-ion yang lebih kecil (ion-ion pecahan atau ion-ion anak); lepasnya elektron dari molekul menghasilkan radikal kation dan proses ini dapat dinyatakan sebagai M

M+ .

Ion molekular M+ biasanya terurai menjadi sepasang pecahan/fragmen yang dapat berupa radikal atau ion atau molekul yang kecil dan radikal kation M+ m + + m  atau m + + m . 1

2

1

2

Ion-ion molekular, ion-ion pecahan, dan ion-ion radikal pecahan dipisahkan oleh pembelokkan dalam medan magnet yang dapat berubah sesuai dengan massa dan muatan

mereka, dan menimbulkan arus (arus ion) pada kolektor yang sebanding dengan limpahan relatif mereka. Spektrum massa adalah merupakan gambar antara limpahan relatif lawan perbandingan massa/muatan (m/z) (Sastrohamidjojo, 2001: 163) Penggunaan kromatografi gas dapat dipadukan dengan spektrometri massa. Paduan keduanya dapat menghasilkan data yang lebih akurat dalam pengidentifikasian senyawa yang dilengkapi dengan struktur molekulnya. Kromatografi gas ini juga mirip dengan distilasi fraksional, karena kedua proses memisahkan komponen dari campuran terutama berdasarkan pada perbedaan titik didih (atau tekanan uap). Namun, distilasi fraksional biasanya digunakan untuk memisahkan komponenkomponen dari campuran pada skala besar, sedangkan GC dapat digunakan pada skala yang lebih kecil yaitu mikro. (Pavia, 2006) Kromatografi gas dan spektrometri massa dalam banyak hal memiliki banyak kesamaan dalam tekniknya. Untuk kedua teknik tersebut, sampel yang dibutuhkan dalam bentuk fase uap, dan keduanya juga sama-sama membutuhkan jumlah sampel yang sedikit (umumnya kurang dari 1 ng). Disisi lain, kedua teknik tersebut memiliki perbedaan yang cukup besar yakni pada kondisi operasinya. Senyawa yang terdapat pada kromatografi gas adalah senyawa yang digunakan untuk sebagai gas pembawa dalam alat GC dengan tekanan kurang lebih 760 torr, sedangkan spektometri massa beroperasi pada kondisi vakum dengan kondisi tekanan 10-6 – 10-5 torr.

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Prinsip Kerja GC-MS adalah terdiri dari dua blok bangunan utama: kromatografi gas dan spektrometri massa. Kromatografi gas menggunakan kolom kapiler yang tergantung pada dimensi kolom itu (panjang, diameter, ketebalan film) serta sifat fase (misalnya 5% fenil polisiloksan). Perbedaan sifat kimia antara molekul-molekul yang berbeda dalam suatu campuran dipisahkan dari molekul dengan melewatkan sampel sepanjang kolom. Molekul-molekul memerlukan jumlah waktu yang berbeda (disebut waktu retensi) untuk keluar dari kromatografi gas, dan ini memungkinkan spektrometri massa untuk menangkap, ionisasi, mempercepat, membelokkan, dan mendeteksi molekul terionisasi secara terpisah. Spektrometri massa melakukan hal ini dengan memecah masing-masing molekul menjadi terionisasi mendeteksi fragmen menggunakan massa untuk mengisi rasio. 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 (atau "mobile phase") adalah sebuah operator gas, yang biasanya gas murni seperti helium atau yang tidak reaktif seperti gas nitrogen. Stationary atau fase 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 (atau "aerograph", "gas pemisah"). Spektrometri 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. Spektrometri 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 negatif yang dihasilkan dari sumber tumbukan umumnya sedikit.

Kombinasi GC-MS 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. Metode Analisis Kromatografi Gas- Spektrometri Massa (GC-MS) Pada metode analisis GC-MS adalah dengan membaca spektra yang terdapat pada kedua metode yang digabung tersebut. Pada spektra GC jika terdapat bahwa dari sampel mengandung banyak senyawa, yaitu terlihat dari banyaknya puncak (peak) dalam spektra GC tersebut. Berdasarkan data waktu retensi yang sudah diketahui dari literatur, bisa diketahui senyawa apa saja yang ada dalam sampel. Selanjutnya adalah dengan memasukkan senyawa yang diduga tersebut ke dalam instrumen spektrometer massa. Hal ini dapat dilakukan karena salah satu kegunaan dari kromatografi gas adalah untuk memisahkan senyawa-senyawa dari suatu sampel. Setelah itu, didapat hasil dari spektra spektrometri massa pada grafik yang berbeda. Informasi yang diperoleh dari kedua teknik ini yang digabung dalam instrumen GC/MS adalah tak lain hasil dari masing-masing spektra. Untuk spektra GC, informasi terpenting yang didapat adalah waktu retensi untuk tiap-tiap senyawa dalam sampel. Sedangkan untuk spektra MS, bisa diperoleh informasi mengenai massa molekul relatif dari senyawa sampel tersbut. Tahap-tahap suatu rancangan penelitian GC/MS: 1. Sample preparation Preparasi sampel dilakukan dengan tujuan untuk menghilangkan faktor-faktor pengganggu dalam analisis sampel. Preparasi dimulai dengan menyaring sampel dan fase gerak di mana untuk sampel menggunakan kertas saring whatman 0,45 sedangkan fase gerak menggunakan kertas saring whatman 0,2.

Kemudian

masing-masing

dilakukan degasing, yakni penghilangan gas yang dapat mengganggu saat analisis sampel. 2. Derivatisasi sampel Derivatsisasi sebelum pemisahan dengan kromatografi gas sering dilakukan untuk meningkatkan stabilitas termal suatu senyawa, terutama senyawa dengan gugus fungsional polar, misalnya pembentukan metil ester asam lemak, pembentukan metil atau

trimetilsilil ester dan asetil atau trifluoroasetil ester suatu sakarida, sedangkan untuk asam amino dilakukan derivatisasi terhadap gugus karboksil menjadi n-butil atau n-propil ester dan asetilasi terhadap gugus amino. Derivatisasi juga digunakan untuk merubah molekul solute sehingga dapat memberikan sinyal yang dpaat dibaca oleh detektor yang digunakan, misalnya derivatisasi karbamat dengan TFA untuk determinasi dengan ECD. 3. 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. 4. GC separation Campuran dibawa gas pembawa (biasanya Helium) dengan laju alir tertentu melewati kolom GC yang dipanaskan dalam pemanas. Kolom GC memiliki cairan pelapis (fase diam) yang inert. 5. MS detector 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. 6. 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. 2.2 Instrumentasi 2.2.1 Gas Chromatography (GC) 1. Injection port Dikenal berbagai tipe sistem injektor yang disesuaikan dengan kolom yang digunakan dan sampel yang akan dianalisis. Pada dasarnya, fungsi dari sistem injektor adalah menerima sampel, membawa sampel dalam bentuk uap ke ujung permulaan kolom, sedapat mungkin dalam lapisan tipis. Untuk mendapatkan efisiensi kolom yang baik, pelebaran pita uap harus dicegah dengan cara injeksi sampel cepat dan volume sampel tidak berlebihan. Oleh karena itu, sistem injektor harus dapat dipanaskan supaya sampel bukan gas dapat segera dijadikan dalam bentuk uap, volume yang dimasukkan harus kecil,

dan tidak ada daerah dalam sistem transport tersebut yang tidak dapat disapu oleh gas pembawa. Sampel gas Sistem injektor sampel yang terbaik untuk sampel berbentuk gas adalah sistem katub (gas sampling valve). Untuk operasi katub sampling gas dengan instrumen yang sangat sensitif, laju alir dan tekanan dalam sistem harus dalam keadaan seimbang. Reproduksibilitas bila digunakan sistem katub dapat mencapai lebih dari 0,5%. Disamping sistem katub juga dikenal sistem jarum injeksi kedap gas (gas tight syringe) dengan reproduksibilitas hingga 1%. Sampel cair Sistem injeksi langsung merupakan sistem yang umum digunakan pada kromatografi gas dengan kolom packing. Sampel diinjeksikan dengan jarum suntik mikro (microsyringe) melalui septum karet silikon yang dapat menutup lagi ke dalam ruang injeksi (injection port) yang dilapisi gelas. Penguapan

sampel

dengan

segera

di

dalam

ruang

injeksi

(flash

vaporatisation) adalah metode yang umum digunakan untuk mendapatkan reproduksibilitas waktu retensi yang baik serat menjaga efisiensi kolom. Tetapi sistem injeksi tersebut tidak sesuai untuk sampel yang mengandung senyawa termolabil misalnya sampel biomedik, juga bila volume sampel yang harus diinjeksikan besar. Sampel cair yang diinjeksikan segera dijadikan bentuk uap, kemudian dicampur dengan gas pembawa dan dibawa sampai mencapai split point, sebagian akan masuk ke dalam kolom dan sebagian dihembuskan keluar. Perbandingan gas yang masuk ke dalam kolom terhadap gas yang dihembus keluar (split ratio) digunakan untuk memperkirakan volume sampel yang masuk ke dalam kolom kapiler

Split ratio

(Noegrohati, 1996: 10) Dalam pemisahan dengan GC cuplikan harus dalam bentuk fase uap. Tetapi kebanyakan senyawa organik berbentuk cairan. Oleh karena itu, senyawa yang berbentuk cairan harus diuapkan. Hal ini membutuhkan pemanasan sebelum masuk dalam kolom. Panas itu terdapat pada tempat injeksi. Namun demikian suhu tempat

injeksi tidak boleh terlalu tinggi, sebab kemungkinan akan terjadi perubahan karena panas atau penguraian dari senyawa yang akan dianalisa. Kita juga tidak boleh menginjeksikan cuplikan terlalu banyak, karena GC sangat sensitif. Biasanya jumlah cuplikan yang diinjeksikan pada waktu kita mengadakan analisa 0,5 -50 ml gas dan 0,2 - 20 ml untuk cairan. 2. 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. Gas pembawa digunakan untuk mentransportasikan sampel melalui kolom ke detektor, oleh karena itu perlu dilakukan pemilihan fase gerak gas yang tepat. Fase gerak gas yang biasa digunakan tercantum dalam tabel dibawah: Berat molekul

Konduktivitas thermal x

pada

Viskositas x

(g.cal/sek.cm. ) Argon

39,95

Karbondioksida 44,01

pada ( P)

5,087

270,2

5,06

197,2

Helium

4,00

39,85

234,1

Hidrogen

2,02

49,94

104,6

Nitrogen

28,01

7,18

212,0

Oksigen

32,00

7,43

248,5

Dari sudut performa kolom, gas dengan koefisien difusi rendah lebih baik digunakan untuk kecepatan alir fase gerak rendah (gas dengan berat molekul besar: N2, CO2, Ar) sedangkan gas dengan koefisien difusi tinggi lebih baik digunakan untuk kecepatan alir fase gerak tinggi (gas dengan berat molekul rendah : H2, He) Viskositas menunjukkan tekanan, untuk analisis cepat diperlukan rasio viskositas terhadap koefisien difusi sekecil mungkin. Hidrogen dan Helium merupakan fase gerak yang sesuai. Untuk mendapatkan hasil yang optimum, harus digunakan gas dengan kemurnian diatas 99,995%. Kontaminan seperti udara atau air dapat menyebabkan dekomposisi sampel dan kerusakan pada kolom serta detektor. (Noegrohati, 1996:7)

3. Oven Oven digunakan untuk memanaskan column pada temperature tertentu sehingga mempermudah proses pemisahan komponen sampel. Biasanya oven memiliki jangkauan suhu 30oC – 320oC. 4. Kolom atau Fase Diam Kolom merupakan jantung dari kromatografi gas. Ada beberapa bentuk kolom,

diantaranya

lurus,

bengkok,

misal

berbentuk

V

atau

W,

dan

kumparan/spiral. Kolom selalu merupakan bentuk tabung. Berisi fasa diam, sedangkan fasa bergerak akan lewat didalamnya sambil membawa sample. Secara umum terdapat 2 jenis kolom, yaitu: a. Packed column (kolom yang dikepak), umumnya terbuat dari glass atau stainless steel coil dengan panjang 1 – 5 m dan diameter kira-kira 5 mm. Dikepak dengan baja bebas karat, nikel, atau gelas agar tidak terjadi interaksi. Garis tengah diameter antara 1,6 sampai 9,5 mm. Panjang dari 90 cm sampai 300 cm. Kadangkadang digunakan bahan pendukung yang inert seperti diatomae, chromosorb, dengan diameter partikel 2

sampai 9

. Diameter kolom yang digunakan

paling tidak 8 x diameter partikel. Partikel yang digunakan berukuran 100-120 Mesh (149-125

untuk 2 mm kolom, dan 80-100 Mesh (177-149

untuk

4 mm kolom. Fase diam cair yang akan digunakan dipilih sesuai dengan hukum “like dissolve like”, polaritas solut dan fase diam sedapat mungkin hampir sama. Misalnya untuk pemisahan alkohol, digunakan polyglikol sebagai fase diam, sedangkan untuk pemisahan hidrokarbon digunakan fase diam hidrokarbon dan seterusnya. Pemilihan fase diam cair untuk pemisahan spesifik tergantung pada selektivitas fase, yaitu suatu ukuran relatif retardasi suatu senyawa polar apabila dielusi pada fase nonpolar. b. Capillary column (kolom kapiler terbuka), umumnya terbuat dari purified silicate glass sehingga tidak mudah patah, berikatan secara silang antara silikon dengan oksigen, tidak seperti gelas biasa. Panjang 10-100 m dan diameter dalam kurang dari 1 m, berkisar antara 0,3-0,5 m. Efisiensi kolom kapiler jauh lebih tinggi bila dibandingkan terhadap packed column. Kapasitas kolom kapiler dapat dinaikkan dengan melapisi dinding kolom dengan bahan porous, yang akan menambah luas

permukaan, dan dengan sendirinya menambah volume fase diam cair. Jenis kolom ini disebut SCOT (Support Coated Open Tubular Column) Dengan kolom ini, tahanan gas menjadi lebih rendah yang berarti kolom dapat diperpanjang, mengakibatkan resolusi yang jauh lebih baik. Beberapa jenis stationary phase yang sering digunakan:

 Polysiloxanes untuk nonpolar analytes/sample.

 Polyethylene glycol untuk polar analytes/sample.

 Inorganic atau polymer packing untuk sample bersifat small gaseous species.

Jenis-jenis fase diam yang dapat digunakan : a. Fase diam Gas-padat Kromatografi (Gas Solid Chromatography) Fase diam untuk Gas-padat Kromatografi (Gas Solid Chromatography) berciri dari senyawa penjerab yang sering digunakan: 1) Molekular siever dengan ukuran 4 atau 5

mempunyai daya pisah yang baik

terhadap gas dari senyawa anorganik. Karbon dioksida adalah penjerab yang irreversible dibawah 160 , gas nitrogen dan oksigen akan dipisahkan dengan baik. Pengujian karbonmonoksida dalam darah umumnya dianalisis dengan molekular siever dengan ukuran 5

. Karbon penjerab yang berbentuk

granular dapat digunakan untuk gas senyawa organik dengan jumlah atom C1 sampai dengan C2 (metana dan etana). 2) Silika gel yang mempunyai luas permukaan 1,5 sampai 500 m2/g dapat memberikan pemisahan yang baik terhadap campuran karbondioksida, karbonmonoksida, hidrogen, dan nitrogen tetapi antara nitrogen dan oksigen tidak dapat dipisahkan. Poleculer siever dan silika gel dapat digunakan secara pararel untuk memisahkan dan mengidentifikasi udara yang digunakan untuk pernafasan, karena adanya komposisi nitrogen, karbonmonoksida dan oksigen sangat penting bagi pernafasan. Oksigen diudara tidak boleh lebih kecil dari 20%. 3) Chromosorb dan porapak merupakan senyawa koplimer dari difenilbenzen yang mempunyai ikatan bercabang dengan polisteren. Fase diam sintetik ini dapat diatur ukuran diameter porus dan ukuran partikel atau luas permukaannya tiap satuan berat. Senyawa asam lemak bebas rantai pendek dan asam amino bebas, metanol sampai propanol dapat dipisahkan dengan porapak Q atau Chromosorb 102 pada suhu operasi 250 .

4) Tenak-GC, merupakan polimer porus dari 2,6-difenil-p-fenilen oksida. Senyawa ini digunakan fase diam untuk analisis atau hanya sebagai penyaring kontaminan yang mudah menguap sebelum dianalisis. 5) Carbopak B dan C adalah karbon hitam tergarfit yang m...