PENENTUAN
JUMLAH PLAT, HETP, DAN RESOLUSI
PADA KOLOM KEMAS
Abstrak
Penentuan
jumlah plat, HETP dan
resolusi pada kolom
kemas dengan
Kromatografi Gas. Analisis dilakukan menggunakan jenis instrumen GC 14-B,
panjang kolom 200 cm, stop time 10 menit, dengan program 1 dan 3 secara
isothermal dengan perbedaan suhu, program 2 secara gradient temperatur. Contoh
yang digunakan adalah ethanol
1% : propanol 1% :
butanol 1% dengan
perbandingan 1 : 1 : 1 dalam labu ukur 100ml. Penetapan ini dilakukan dengan 3 program yang
berbeda yang bertujuan untuk mendapatkan jumlah plat, HETP dan resolusi yang
maksimal. Hasil
analisis menunjukkan bahwa nilai
resolusi antara etanol-propanol dan propanol-butanol yang tertinggi berada pada
program pertama yaitu berturut-turut 3.1806 dan 4.4142. Dengan
pengujian tersebut dapat disimpulkan bahwa program ke-1 merupakan program yang
terbaik untuk melakukan analisis pada kolom kemas.
Abstract
Determination
of plate number, HETP, and resolution in packed column by Gas Chromatography. The analysis used
instrument GC 14-B, coloumn length 200cm, and stop time 10 minutes, with
program 1 and 3 are isothermal with the different temperatures, and program 3
with gradient temperature. The samples are ethanol 1%, propanol 1%, and butanol
1% used with ratio 1 : 1 : 1 in a 100 mL.This determination used 3 different
programs with the aim get plat number, HETP, and maximal resolution. The result
showed value of resolution between the ethanol-propanol-butanol and
propanol are highest
in the first program, with resolution value 3.1806 and
4.4142. With
these tests it can be concluded that the first program is
the best program to perform analysis on
packed columns
PENDAHULUAN
Kromatografi
gas ditentukan oleh banyak faktor, salah satunya adalah bentuk peak dan
efisiensi kolom. Nilai N, HETP, dan R (resolusi) adalah nilai- nilai yang menentukan keberhasilan suatu analisis. Dengan
menentukan nilai dari faktor-faktor diatas, maka kita dapat menyimpulkan tingkat keberhasilan dan keefektifan suatu
analisis.
Alkohol adalah senyawa
hidrokarbon yang dalam pemisahannya
dapat dilakukan dengan menggunakan alat GC (gas chromatography).
Tujuan melakukan analisis ini adalah untuk mendapatkan metode paling
efektif dengan waktu yang relatif cepat dan hasil yang akurat. Serta untuk
mengetahui efisiensi kolom pada kromatografi gas Dengan menentukan
jumlah plat, HETP dan resolusi
kolom pada kolom kemas kromatografi gas. Semakin efisien kolom makin kecil
harga HETP dan makin besar nilai N-nya.
TINJAUAN PUSTAKA
Kromatografi Gas
Kromatografi adalah
cara pemisahan fisik campuran yang didasarkan atas perbedaan distribusi dari
komponen campuran tersebut diantaranya dua fase, yaitu fase diam (stationary)
dan fase gerak (mobile). Fase diam dapat berupa zat padat atau zat cair, sedangkan
fase gerak dapat berupa zat cair atau gas. Teknik kromatografi yang bisa
digunakan untuk memisahkan senyawa organik yang mudah menguap. Senyawa-senyawa
tersebut harus mudah menguap dan stabil pada temperatur pengujian, utamanya
dari 50 – 300°C. Jika senyawa tidak mudah menguap atau tidak stabil pada
temperatur pengujian, maka senyawa tersebut bisa diderivatisasi agar dapat
dianalisis dengan kromatografi gas (Mardoni,
2005).
Ada 2 jenis kromatografi gas:
1. Kromatografi gas–cair (KGC)
Pada
KGC ini, fase diam yang digunakan adalah cairan yang diikatkan pada suatu
pendukung sehingga solut akan terlarut dalam fase diam sehingga mekanisme sorpsi-nya adalah partisi.
2. Kromatografi gas-padat (KGP)
Pada KGP ini,
digunakan fase diam padatan (kadang-kadang polimerik). Mekanisme sorpsi-nya adalah adsorpsi permukaan.
Bagian-bagian dasar Kromatografi Gas
diantaranya:
1.
Gas Pembawa (Carrier Gas)
Fase gerak atau
disebut juga gas pembawa karena tujuan awalnya adalah untuk membawa analit ke kolom,
karenanya gas pembawa tidak berpengaruh pada selektifitas. Pemilihan gas
pembawa tergantung pada penggunaan spesifik dan jenis detektor yang digunakan. Syarat gas
pembawa adalah: tidak reaktif
(inert), kemurnian tinggi (99,99%), mudah didapat dan murah, koefisien difusi
gas rendah, cocok dengan detektor yang digunakan, dan dapat
disimpan dalam tangki tekanan tinggi (biasanya merah untuk hidrogen, dan
abu-abu untuk nitrogen).
Seringkali gas pembawa ini harus disaring untuk menahan debu uap air dan
oksigen.
2.
Gerbang Suntik (Injection Port)
Fungsi dari ruang suntik ini adalah untuk mengantarkan sampel ke dalam
aliran gas pembawa. Sampel yang akan dikromatografi dimasukkan ke dalam ruang
suntik melalui gerbang suntik yang biasanya berupa lubang yang ditutupi dengan
septum atau pemisah karet. Ruang suntik harus dipanaskan tersendiri (terpisah
dari kolom) dan biasanya 10-150C lebih tinggi daripada suhu kolom
maksimum. Jadi seluruh sampel akan menguap segera setelah sampel disuntikkan.
3.
Oven
4.
Kolom
Kolom merupakan tempat
terjadinya pemisahan komponen dari sample. Semakin panjang kolom, maka
pemisahan semakin baik tetapi waku analisis lebih lama. Semakin kecil diameter
dalam kolom, maka semakin baik pemisahannya. Kolom biasanya dibuat spiral atau
bentuk U untuk menghemat tempat dalam alat. Kolom terdapat 2 jenis yaitu:
a. Kolom kemas. Syarat fasa penunjangnya tidak
menyerap sampel, lembam, kuat terhadap tekanan tinggi dan stabil
pada suhu tinggi, punya luas permukaan besar, seragam,
rata-rata 10 micron , hambatan rendah terhadap gas
pembawa.
b. Kolom
kapiler merupakan kolom yang sangat efisien, resolusi
lebih baik, harga mahal, biaya operasional tinggi, perlu
gas pembawa sangat murni, dan jenis fasa cair pengisi : polar & non
polar.
5.
Detektor
Fungsi detektor untuk
memonitor gas pembawa yang keluar dari kolom dan merespon perubahan komposisi
yang terelusi.
6.
Pencatat (Recorder)
Fungsi
recorder sebagai alat untuk mencetak hasil percobaan pada sebuah kertas yang
hasilnya disebut kromatogram (kumpulan puncak grafik).
Program
pada kromaografi gas:
1. Isotermal
Pemisahan
isotermal paling baik dipakai pada analisis rutin atau jika kita mengetahui
agak banyak sifat sampel yang akan dipisahkan. Pilihan awal pada pemisahan
isotermal ini adalah suhu yang digunakan beberapa derajat di bawah titik didih
komponen campuran utama.
2. Gradien Temperatur
Pemisahan dengan suhu
terprogram mempunyai keuntungan, yakni mampu meningkatkan resolusi
komponen-komponen dalam suatu campuran yang mempunyai titik didih pada kisaran
yang luas. Disamping itu, pada suhu terprogram juga mampu mempercepat
keseluruhan waktu analisis, karena senyawa-senyawa dengan titik didih tinggi
akan terelusi lebih cepat.
Konsep-Konsep Kromatografi
Selain konsep like dissolves like dan interaksi ikatan hydrogen
antara molekul fase gerak, fase diam dan molekul sample, untuk memecahkan
masalah pemisahan komponen sample dalam kromatografi dikenal dua teori yaitu: Teori Plat (plate theory) dan Teori Kecepatan
(rate theory =kinetic theory).
1. Teori plat (Plate theory)
Teori ini dikembangkan oleh Martin dan Synge (1941), Konsep teori ini berasal dari teori distilasi, kemudian
dikembangkan pada kromatografi.
Dibayangkan bahwa didalam kolom kromatografi terdapat plat tipis, plat
teori dimana terjadi kesetimbangan komponen sampel diantara fase gerak dan fase
diam. Kejadian di satu plat teori ini identik dengan
kejadian di satu tabung pada counter current extraction Craig.
Kromatografi yang mempunyai jumlah plat teori tinggi (N besar) maka sistem
tersebut efisien, mampu memisahkan komponen yang mempunyai perbedaan KD kecil,
atau perbedaan kecil kekuatan ikatan hidrogen. Jumlah plat teori (N) dapat
dihitung 16 kali kuadrat (jarak puncak,tR dibagi lebar alas puncak,W).
2.
Teori kecepatan (Rate theory)
Teori
kecepatan atau disebut juga teori kinetik ditemukan oleh van Deemter (1956) yaitu mempelajari faktor-faktor yang
mempengaruhi melebarnya puncak yang secara langsung mempengaruhi HETP (Height
Equivalent of a Theoretical Plate) atau disingkat H. HETP ini merupakan
ukuran efisiensi kolom, H=L/N. Kolom yang efisien mempunyai N besar, HETP kecil
dan lebar alas puncak yang sempit. Teori Kecepatan ( Rate theory ) mempelajari
faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya HETP. Kurva hubungan HETP dengan
kecepatan gas pembawa dinyatakan dalam persamaan van Deemter dan dilukiskan
sebagai kurva, disebut kuva van Deemter. Bila dilukiskan persamaannya
(persamaan van Deemter) adalah sbb:
HETP
= A +
B/ µ + C. µ
3. Resolusi
Resolusi adalah tingkat pernisahan atau derajat pemisahan
dua komponen
sample pada kromatografi. Resolusi dapat dihitung sebagai jarak antara 2 puncak
dibagi lebar alas puncak. Nilai Resolusi ditentukan oleh selektifltas kolom
(tR)dan efisiensi kolom (W). Nilai resolusi yang baik adalah ≥ 1,5 yang disebut
resolusi garis dasar atau Base line
resolution.
Alkohol
Alkohol (atau alkanol) adalah istilah yang umum
untuk senyawa organik apa pun yang memiliki gugus hidroksil (-OH)
yang terikat pada atom karbon. Ada tiga jenis utama alkohol 'primer', 'sekunder, dan 'tersier'. Nama-nama ini merujuk pada jumlah
karbon yang terikat pada karbon C-OH.. Sedangkan alkohol yang di gunakan pada
penetapan ini ada 3 yaitu :
1.
Etanol
Etanol (alcohol) adalah nama suatu golongan
senyawa organic
yang mengandung unsure C, H dan O. Etanol dalam ilmu kimia disebut sebagai etil
alcohol alkohol murni, alkohol absolut, atau alkohol
saja, dengan rumus kimia C2H5OH. Karakteristik etanol
meliputi: berupa zat cair, tidak berwarna, berbau spesifik, mudah terbakar da
menguap, dapat bercampur dengan air dalam segala perbandingan. Secara garis
besar penggunaan Etanol adalah sebagai pelarut untuk zat organic maupun
anorganik, bahan dasar industri asam cuka, ester, spiritus, dan asetaldehid.
Selain itu etanol juga digunakan untuk campuran minuman serta digunakan sebagai
bahan bakar yang terbarukan (Endah dkk,2007).
2.
n-Propanol
Propanol adalah suatu
cairan yang tidak berwarna pada suhu kamar dan tekanan atmosferis, serta dapat
larut dalam alkohol dan ester. Propanol
adalah alkohol primer dengan formula C3H7OH yang
berwujud gas dalam keadaan normal. Propanol juga dikenal sebagai
1-propil alkohol, n-propanol, atau hanya propanol. Propanol biasa di gunakan
sebagai pelarut dalam industri farmasi, bahan bakar, untuk resin dan ester
selulosa. Propanol terbentuk secara alami dalam jumlah kecil selama proses
fermentasi.
3.
n-Butanol
Butanol merupakan senyawa alkohol yang memiliki 4 atom karbon berikatan
hidrogen, sehingga senyawa ini mempunyai titik didih yang tinggi, merupakan
cairan putih jernih dan berbau tajam , umumnya tidak larut dalam air, mempunyai
titik nyala yang tinggi serta mempunyai tekanan uap rendah (0,3 psi). Butanol berfungsi sebagai pelarut cat, bahan bakar,
resin, dan produk antara untuk polimer.
METODE PENELITIAN
Praktikum penentuan jumlah plat, HETP dan resolusi
pada kolom kemas dilakukan di laboratorium Analisis Instrumen-3 SMK-SMAK Bogor
pada tanggal 21 Agustus 2014.
Alat-alat
yang digunakan pada praktikum ini antara lain :
1.
Tabung vial
2.
Pipet Volum 1.00ml
3.
Piala Gelas 400ml
4.
Piala Gelas 800ml
5.
Labu ukur 100ml
6.
Syringe
7.
Alat instrument GC 14-B
Bahan-bahan yang digunakan :
1. Standar etanol, propanol, dan butanol.
2. Campuran ethanol : propanol : butanol
(1:1:1) ml.
3.
Aquadest.
Sumber sampel adalah campuran dari etanol, propanol, dan butanol
masing-masing 1,00ml dalam labu ukur 100,00ml. Dimasukkan ke dalam tabung vial
secara hati-hati. Setelah itu alat GC 14-B diatur dalam tiga kondisi berbeda,
yaitu:
|
Parameter
|
P1
|
P2
|
P3
|
|
T injector (ºC)
|
130
|
150
|
150
|
|
T detector (ºC)
|
150
|
180
|
180
|
|
Init. Temp. (ºC)
|
80
|
80
|
140
|
|
Init. Time (menit)
|
10
|
10
|
10
|
|
Rate (ºC/menit)
|
10
|
10
|
10
|
|
Final temp. (ºC)
|
80
|
140
|
140
|
|
Final time (menit)
|
10
|
10
|
10
|
Tabel 1. pengaturan program pada GC
Kemudian sampel
diinjeksikan sebanyak 3 pada masing-masing program. Syringe sebelumnya harus
dibilas sebanyak 15 kali dengan larutan yang akan digunakan, Lalu ditekan start
pada alat dan pada CMB. Kemudian tunggu hingga komputer menunjukkan data
puncak. Lalu dicatat Area, Time, dan Panjang kolom.
CARA KERJA
1.
Buat larutan ethanol 1%, propanol 1%, dan
butanol 1% masing-masing ke dalam labu ukur 100ml.
2.
Buat Larutan campuran ethanol, propanol, butanol (1:1:1)ml ke dalam labu ukur 100ml.
3.
Dimasukkan larutan tersebut ke dalam tabung vial.
4.
Diinjeksikan larutan dan diukur dengan instrumen GC 14-B.
HASIL
DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan, diperoleh hasil
perhitungan jumlah plat, HETP, dan resolusi sebagai berikut.
Rumus :
Rumus :
N = 16 (tR/W)2
HETP = L/N
R = 2 (tR2-tR1)
/ (W1+W2)
Data Hasil
Pengamatan :
|
Data
|
tR (menit)
|
Wx (cm)
|
Area (cm)
|
Panjang Kolom
|
|
|
Puncak etanol
|
2.404
|
674351
|
0,7
|
200
|
|
|
2,336
|
611249
|
0,9
|
200
|
||
|
1.292
|
439284
|
1.6
|
200
|
||
|
Puncak propanol
|
3.858
|
376817
|
0.7
|
200
|
|
|
3.368
|
353648
|
0.7
|
200
|
||
|
1.548
|
258974
|
0.9
|
200
|
||
|
Puncak butanol
|
7.011
|
748257
|
0.8
|
200
|
|
|
4.826
|
847414
|
0.9
|
200
|
||
|
1,965
|
554284
|
1.1
|
200
|
Tabel 2. Data Hail Pengamatan pada 3 program
Pengolahan Data Hasil Pengukuran :
a.
Nilai N
|
Data
|
N
|
|
Puncak Etanol
|
577.9216
|
|
545.6896
|
|
|
736.1454
|
|
|
Puncak Propanol
|
900.400
|
|
1134.3424
|
|
|
834.9788
|
|
|
Puncak Butanol
|
5419.2418
|
|
8115.3673
|
|
|
900.6547
|
Tabel 3. Data Nilai N (Jumlah plat) pada 3 program
b.
Nilai HETP
|
Data
|
HETP
|
|
Puncak Etanol
|
0.3461
|
|
0.3665
|
|
|
0.2717
|
|
|
Puncak Propanol
|
0.2221
|
|
0.1763
|
|
|
0.2395
|
|
|
Puncak Butanol
|
0.0369
|
|
0.02464
|
|
|
0.2221
|
Tabel 4. Data Nilai HETP pada 3
program
c.
Nilai R
|
Data
|
R
|
|
R12
|
3.1806
|
|
2.5800
|
|
|
1.2649
|
|
|
R23
|
4.4142
|
|
3.1894
|
|
|
1.7514
|
Tabel 5. Data
Nilai R (Resolusi) pada 3 program
Efisiensi kolom berkaitan dengan pelebaran puncak dari pita awal ketika
melewati kolom. Melebarnya hasil dari desain kolom dan kondisi operasi, secara
kuantitatif dapat dijelaskan oleh tinggi ekivalen plat teoritis (HETP). Apabila
nilai HETP tinggi, maka efisiensi kolom kurang bagus. Efisiensi kolom meningkat
jika jumlah lempeng teoritis meningkat. Karena semakin banyak lempeng teoritis
(N) maka pemisahan semakin baik (diumpamakan semakin banyak pula corong pisahnya
ekstraksinya lebih baik). Semakin panjang L (panjang kolom) maka semakin banyak
jumlah lempeng teoritis dan efisiensi semakin bagus. Sedangkan untuk Resolusi
(R), semakin besar resolusi maka pemisahan yang terjadi semakin baik.
Kesimpulan
Berdasarkan data yang
diperoleh, diketahui bahwa program yang baik untuk digunakan untuk pemisahan
adalah program 1, yaitu isothermal. Hal ini dapat diketahui dari nilai Resolusi
antara Etanol-Propanol dan Propanol-Butanol pada program gradient temperature
memiliki nilai resolusi paling tinggi yang mengindikasikan bahwa telah
pemisahan yang baik.
Daftar Pustaka
Riyanto, Sugeng, dkk.
2013. Modul Kromatografi 2013. Bogor:
farmasice12.files.wordpress.com, Selasa 26 Agustus 2014, 19.30 WIB.
Tanpa nama. Tanpa tahun. “KROMATOGRAFI GAS “. Bogor:
http://www.academia.edu/4545159/tugas_KROMATOGRKRO_GAS, Selasa 26 Agustus 2014,
18.30 WIB.
