Optimasi Pemisahan dalam Kromatografi Gas

PendahuluanDalam bagian ini akan didiskusikan bagaimana membuat pemisahan yang optimal dengan mempertimbangkan hal-hal yang dapat berpengaruh baik

- fisik (panjang, diameter, fasa diam)

- maupun parameter (temperatur, kecepatan alir) dari kolom kapiler dalam kromatografi gas

Dasar Melakukan Optimasi Untuk mendapatkan hasil yang spesifik dari

pemisahan dengan resolusi pemisahan antar puncak yang baik dalam waktu analisa yang lebih cepat.

Selain itu untuk meningkatkan efisiensi penggunaan peralatan laboratorium, peletakan sampel yang lebih baik, keakuratan dan repetisi yang baik, waktu pakai kolom yang lebih lama, dan bisa mengurangi biaya pendetekisan sampel.

Dasar Pemilihan Kolom

Kolom pipa:2-m × 2-mm-i.d. kolom pipa, 8% SE-30 pada 80/100-mesh Chromosorb W-HP; gas pembawa helium, kecepatan alir 20 mL/min pada 90◦C

(1) n-pentane; (2) n-hexane; (3) benzene; (4) n-heptane; (5) toluene; (6) n-octane; (7) ethylbenzene; (8) m-xylene; (9) p-xylene; (10) n-nonane

Cont’d (b) Kolom kapiler:

25-m × 0.53-mm i.d. × 5-µm lapisan tipis methylsilicone fused-silica kolom, kecepatan alir 20 mL/min pada 90◦C

(c) Kolom kapiler:25-m × 0.53-mm i.d. × 5-µm lapisan tipis methylsilicone fused-silica kolom, kecepatan alir 1,4 mL/min pada 110◦C

Cont’d

PENGARUH VARIABEL-VARIABEL KOLOM• Diameter dalam kolom

• Panjang kolom

Diameter Dalam Kolom

Diameter dalam kolom (dc) sangat mempengaruhi tinggi minimum pelat (h min) seperti penurunan tekanan (∆p) yang dibutuhkan untuk membuat kecepatan alir rata-rata liner dari gas pembawa (ū) pada keadaan isotermal.

Pengaruh Perubahan Diameter Dalam Kolom Pada Optimasi Pemisahan

(a)Kolom: 25-m, 0.53-mm i.d., 5-µm lapisan tipis methylsilicone. pembawa: He pada 5 psig, u = 30 cm/s. masukan: injeksi langsung, 0.05 µL.

(b) Kolom : 25-m, 0.100-mm i.d., 0.25-µm lapisan tipis methylsilicone. pembawa : He pada 50 psig, u = 16.7 cm/s. masukan : Dibagi dengan rasio 100:1, 0.1 µL injeksi

HETP vs ū, gas pembawa He

Perbandingan Kolom Kapiler

Persamaan Hagen - Pouseille

j’: faktor koreksi kompresibilitas kecepatan linear gas pembawa rata-2

P: rasio antara tekanan kolom masukan dengan saluran keluar

Ή viskositas gas pembawa

Hubungan Tekanan dan Kecepatan Alir

Hubungan tekanan dan kecepatan alir menunjukkan bahwa tekanan yang diperlukan untuk menghasilkan kecepatan linear gas pembawa rata-rata melewati kolom meningkat sebesar kurang lebih satu per kuadrat diameternya jika panjang kolom, tekanan keluaran dan temperatur dijaga konstan

Cont…

Untuk kolom dengan diameter 0.53-mm-i.d. yang memerlukan tekanan 5 psig untuk menghasilkan kecepatan rata-rata 30 cm/s pada 30 ◦C, menurunkan diameter internal hingga 0.25 mm kira-kira akan memerlukan (0.53/0.25) 2= 4.5 kali tekanan. Jika turun menjadi 0.10 mm i.d., akan memerlukan (0.53/0.1)2 = 28 kali tekanan, yang mungkin akan melampaui kapasitas sistem inletnya

Panjang Kolom (a) 50 m

(b) 25 m

(c) 12 m

(d) 5 m

(e) 0,25 mm i.d., 0,25 μm lapisan tipis methylsilicone

(a) n-nonane, (b) 2-octanone, (c) n-decane, (d) 1-octanol, (e) 2,6 dimethylphenol, (f) n-undecane, (g) 2,4-dimethylanaline, (h) naphthalene,

(b) (i) n-dodecane.

Efek Panjang Kolom Terhadap Waktu Retensi…Cont’d

Efek panjang kolom terhadap waktu retensi dan resolusi

Efek Panjang Kolom Terhadap Waktu Retensi…Cont’d

This equation assumes that the peak widths of adjacent closely eluted peaks are essentially the same. As long as the plate height is not affected significantly by reducing the column length, then the loss of resolution incurred by shorter columns is only the square root of the length reduction. Thus, for each time that a column is halved, the resolution should be reduced by √2.

The data in Table 4.3 approximate this relationship, although the resolution losses are somewhat greater than Equation 4.4 predicts. This greater resolution loss, which occurs only on the shortest columns, can be attributed to the peaks becoming narrower than the detector time constant or inlet bandwidth can accommodate.

PENGARUH VARIABEL-VARIABEL OPERASIONAL

•Laju Alir Gas Pembawa•Temperatur Kolom

PENGARUH VARIABEL-VARIABEL OPERASIONAL

Pemilihan sifat fisik kolom akan menentukan karakterisitik pemisahan, seperti halnya pemilihan peralatan operasional mendapatkan kinerja yang diinginkan

Parameter fisik kolom tidak mudah diubah, penggantian kolom satu dengan yang lainnya kurang praktis dan ekonomis

Dengan satu kali pemilihan, optimisasi pemisahan dapat dilakukan dengan pengaturan variabel operasional, yaitu : laju alir gas pembawa dan suhu kolom

Laju Alir Gas PembawaBerpengaruh pada resolusi dan waktu retensi

- laju alir yag meningat akan menurunkan waktu retensi

- laju meningkat secara signifikan di atas level optimum menghasilkan resolusi yang lebih rendahPemilihan laju alir yang lebih tinggi cara terbaik

untuk mendapatkan waktu analisa yang cepat (jika tidak dipilih panjang dan diameter kolom <<<)

Namun, laju alir yang meningkat dapat menghasilkan puncak sempit kurang akurat saat analisa

Cont’dSeperti pada persamaan:

Peningkatan laju alir waktu retensi <<< peningkatan laju alir :

- meningkatkan inlet pressure (grafik)- kolom yang panjang dan sempit- mengganti gas He H2

Pengaruh Laju AlirSeri kromatogram sejalan dengan naiknya

kecepatan alir gas pembawa , lajunya: (a) 11 cm/s; (b) 30 cm/s; (c) 53 cm/s; (d) 105 cm/s. Sample:

A= n-nonane, B= n-decane, C=1-octanol, D=n-undecane, E=2, 6-dimethylphenol, F=2, 4-dimethylaniline, G= n-dodecane, H = naphthalene;

2 µg/mL masing-masing dalam isopropanol (4 µg/mL n-decane). Column: 25-m× 0.53-mm-i.d. 3-µm ketebalan film 5% phenylmethylsilicone, Gas pembawa He pada 125 ◦C, packed inlet with on-column adapter at 200 ◦C; detektor flame ionization detector dengan suhu 200 ◦C, range 1.

Hubungan Laju Alir dengan Tinggi Plat

Hubungan Laju Alir dengan ResolusiA = n-undecane, 2,4-DMA; B = 1-octanol, n-undecane; C = 2, 4-DMA, n dodecane; D = n-dodecane, naphthalene. For conditions.

Pengaruh Temperatur Kolom

Jangkauan pemisahan dapat diperluas dengan pengaturan temperatur

Hubungan waktu retensi dengan temperatur tidak linear

Pengaruh pergeseran temperatur tidak sama untuk masing-masing puncak, bahkan terdapat puncak yang bergabung.

Temperatur kolom mempengaruhi interaksi spesifik solute, seperti polarisabilitas, ikatan hidrogen, dan efek sterik

Pengaruh temperatur terhadap waktu retensi

Hubungan Temperatur, waktu retensi, dan faktor retensiBerdasarkan rumus

Pada kenyataannya, hanya dua pengukuran waktu retensi pada temperatur yang berbeda dapat dikarakterisasi. Pada umumnya nilai A dan B yang paling akurat untuk setiap puncak didapatkan dengan memilih temperatur minimum dan maksimum dan temperatur yang berada diantaranya lalu kemudian ditambahkan kepada target nilai temperatur.

Log K vs 1/T

Hubungan temperatur dengan faktor pemisahan

Hubungan temperatur dengan resolusi

Efek kenaikan Temperatur per menit pada pemisahan