Kromatografi 2 Percobaan 3 ||Penentuan Komposisi Kimia pada Minyak Kayu Putih dengan GC-MS||

Tujuan
Dapat mengetahui prinsip kerja analisis dengan GC-MS.
Dapat menentukan komposisi senyawa pada minyak kayu putih dengan GC-MS.

Dasar teori
Gas chromatography mass spectroscopy (GC-MS) merupakan penggabungan antara alat kromatografi gas dan spektroskopi massa. Alat kromatografi gas memiliki fungsi untuk memisahkan komponen-komponen senyawa kimia yang dianalisis sedangkan spektroskopi massa digunakan untuk mendeteksi dari masing-masing senyawa kimia yang telah dipisahkan oleh alat kromatografi gas. Jadi pada prinsipnya alat spektroskopi massa berperan sebagai detector. Setiap molekul yang dideteksi dengn sprktroskopi massa dapat ditentukan pola fragmentasinya.
Salah satu aplikasi dari penggunaan alat GC-MS adalah alat untuk menentukan komponen-komponen senyawa kimia yang terdapat di dalam minyak kayu putih. Minyak kayu putih sejak dahulu telh digunakan dalam berbagai pengobatan.

Alat
Alat GC-MS
Mikropipet
Vial (tempat injeksi sampel)

Bahan
Minyak kayu putih

Langkah kerja
1. Setting atau optimasi alat GC-MS dengan kondisi sebagai berikut:
  • Suhu oven diatur antara 70-280 derajat C.
  • Kenaikan suhu 10 derajat C/menit.
  • Laju alir gas helium 0,5 mL/menit.
  • Suhu detector 250 derajat C.
  • Suhu interface 300 derajat C.
  • Suhu injector 290 derajat C.
2. Sampel dimasukkan ke dalam vial sebanyak kurang lebih 600 mikroliter.
3. Tentukan nomer vial yang telah berisi larutan sampel.
4. Setting volume injeksi pada program GC-MS.
5. Setting file penyimpanan.
6. Mulai dengan menekan menu start (download) pada program GC-MS.

Analisis data
Dari hasil analisis didapat hasil berupa kromatogram dan hasilnya adalah sebagai berikut:
Jumlah senyawa yang muncul dari hasil kromatogram adalah 6, nama senyawa yang paling dominan pada minyak kayu putih adalah 1,8-cineole.

Pembahasan
Minyak kayu putih (melaleuca leucadendron linn) merupakan salah satu produk kehutanan yang telah dikenal luas oleh masyarakat. Minyak atsiri hasil destilasi atau penyulingan daun kayu putih ini memiliki baud an khasiat yang khas, sehingga banyak dipakai sebagai kelengkapan kasih saying ibu terhadap anaknya, terutama kala masih bayi. Karena penngunaannya yang luas tersebut mutu minyak kayu putih yang dijual dipasaran perlu mendapat perhatian. Untuk memenuhi tuntutan mutu tersebut dibuatlah standar nasional kayu putih yang diusulkan oleh PT perhutani (persero) yang  dicantumkan dalam SNI 06-3954-2001. Standar tersebut menetapkan istilah dan definisi syarat mutu, cara uji, pengemasan dan penandaan minyak kayu putih yang digunakan sebagai pedoman pengujian minyak kayu putih yang diproduksi di Indonesia.
Mutu minyak kayu putih diklasifikan menjadi 2 yaitu mutu utama (U) dan mutu pertama (P). keduanya dibedakan oleh kadar cineol, yaitu senyawa kimia golongan ester turunan terpen alcohol yang terdapat dalam minyak atsiri seperti kayu putih. Minyak kayu putih mutu U mempunyai kadar cineol > 55%, sedangkan untuk mutu P kadar cineolnya <55%. Secara umum kayu putih dikatakan bermutu apabila mempunyai bau khas minyak kayu putih, memilki berat jenis yang diukur pada suhu 15 derajat C sebesar 0,90-0,93. Minyak kayu putih yang bermutu akan tetap jernih bila dilakukan uji kelarutan dalam alcohol 80%. Dalam minyak kayu putih tidak diperkenankan adanya minyak lemak dan minyak pelican. Minyak lemak merupakan minyak yang berasal dari hewan maupun tumbuhan seperti lemak sapid an minyak kelapa yang mungkin ditambah sebagai bahan pencampur dalam minyak kayu putih. demikian juga minyak pelican yang merupakan golongan minyak bumi seperti minyak tanah (kerosene) dan bensin biasa digunakan sebagi bahan pencampur minyak kayu putih, sehingga merusak mutu kayu putih tersebut.
Pengujian untuk mengetahui mutu minyak kayu putih dilakukan dengan dua cara, yaitu car uji visual dan cara uji laboratories. Cara uji visual dilakukan untuk uji bau, sedangkan uji laboratories dilaksanaka untuk menguji kadar cineol, berat jenis, uji kelarutan dalam alcohol 80%, kandungan minyak lemak dan kandungan minyak pelican. Pada praktikum kali ini yang dianalisis adalah kandungan senyawa yang ada dalam minyak kayu putih yang dianalisis dengan GC-MS. Prinsip kerja dari alat GC-MS yaitu pemisahan senyawa kimia yang diubah ke dalam bentuk gas lalu dari gas diubah menjadi atom dan setelah itu menjadi ion dan akan terpisahkan berdasarkan perbedaan massanya dan akan dideteksi oleh MS. Sebelum digunakan untuk menganalisis sampel, alat GC-MS harus dioptimasi terlebih dahulu dengan rincian sebagai berikut suhu oven diatur antara 70-280 derajat C, kenaikan suhu 10 derajat C/menit, laju alir gas helium 0,5 mL/menit, suhu detector 250 derajat C, suhu interface 300 derajat C dan suhu injector 290 derajat C.
Kromatografi gas spektroskopi massa (GCMS) adalah metode yang mengkombinasikan kromatografi gas dan spektrometri massa untuk mengidentifikasi senyawa yang berbeda dalam analisis sampel. Kromatografi gas untuk menganalisis jumlah senyawa secara kuantitatif dan sprktrometri massa untuk menganalisis struktur molekul senyawa analit. Kromatografi gas dan spectrometer massa memiliki keunikan masing-masing dimana keduanya memiliki kelebihan dan kekurangan. Dengan menggabungkan kedua teknik tersebut diharapkan mampu meningkatkan kemampuan dalam menganalisis sampel dengan mengambil kelebihan masing-masing teknik dan meminimalisir kekurangannya.
Kromatografi gas dan spectrometer massa dalam banyak hal memiliki banyak kesamaan dalam tekniknya. Untuk kedua teknik tersebut sampel yang dibutuhkan dalam bentuk fasa uap dan keduanya juga sama-sama  membutuhkan jumlah sampel yang sedikit (umumnya kurang dari 1 mg). disisi lain kedua teknik ini memiliki perbedaan yang cukup besar yakni pada kondisi operasinya. Senyawa yang terdapat pada kromatografi gas adalah senyawa yang digunakan sebagai gas pembawa dalam alat GC dengan tekanan kurang lebih 760 torr. Sedangkan sprktrometer maassa beroperasi pada kondisi vakum dengan kondisi tekanan 10-6 – 10-5 torr.
Metode analisis GCMS adalah dengan membaca spectra yang terdapat pada kedua metode yang digabung tersebut. Pada spectra GC diindikasikan sampel mengandung bahan senyawa dapat terlihat dari banyaknya puncak (peak) dalam spectra GC tersebut. Berdasarkan data waktu retensi yang sudah diketahui dari literature bisa diketahui senyawa apa saja yang ada dalam sampel. Selanjutnya adalah dengan memasukkan senyawa (secara otomatis) yang diduga tersebut ke dalam instrument spektroskopi 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 spectra spektroskopi massa dengan bentuk grafik atau kromatogram.
Informasi yang diperoleh dari kedua teknik ini yang digabungkan dalam instrument GCMS adalah hasil dari masing-masing spectra. Untuk spectra GC informasi terpenting yang didapat adalah waktu retensi untuk tiap-tiap senyawa dalam sampel. Sedangkan untuk spectra MS diperoleh informasi mengenai massa molekul relative dari senyawa sampel tersebut. Keunggulan dari metode ini adalah sebagai berikut:
  1. Efisiensi, resolusi tinggi sehingga dapat digunakan untuk menganalisa partikel berukuran sangat kecil seperti polutan dalam udara.
  2. Aliran fasa gerak (gas) sangat terkontrol dan kecepatannya tetap.
  3. Pemisahan fisik terjadi di dalam kolom yang jenisnya banyak sekali, panjang dan temperaturnya dapat diatur.
  4. Banyak sekali detector yang dapat dipakai pada kromatografi gas (saat ini dikenal 13 macam detector).
  5. Analisis cepat biasanya hanya dalam hitungan menit.
  6. Tidak merusak sampel.
Sensitivitas tinggi sehingga dapat memisahkan berbagai senyawa yang saling bercampur dan mampu menganalisa berbagai senyawa meskipun dalam kadar/konsentrasi rendah. Seperti dalam udara, terdapat berbagai macam senyawa yang saling bercampur dan dengan ukuran partikel atau molekul yang sangat kecil.
Kekurangan dari metode ini adalah sebagai berikut:
  1. Teknik kromatografi gas terbatas untuk zat yang mudah menguap.
  2. Kromatografi gas tidak mudah dipakai untuk memisahkan campuran dalam jumlah besar. Pemisahan pada tingkat mg mudah dilakukan pemisahan pada tingkat gram mungkin dilakukan, tetapi pemisahan dalam tingkat pon atau ton sangat sukar dilakukan kecuali jika ada metode lain.
  3. Fasa gas dibandingkan sebagaian besar fasa cair tidak bersifat reaktif terhadap fasa diam dan zat terlarut.
Bagian-bagian dari instrumentasi GCMS QP2010SE merk Shimadzu:
1. Gas chromatography (GC)
Injection port. Dalam pemisahan dengan GC cuplikan harus dalam bentuk fasa uap. Tetapi kebanyakan senyawa organic berbentuk cairan dan padatan. Oleh karena itu senyawa yang berbentuk cairan dan padatan pertama-tama harus diuapkan. 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 dianalisis. Kita juga tidak boleh menginjeksikan cuplikan terlalu banyak karena GC sangat sensitive. Biasanya jumlah cuplikan yang diinjeksikan pada waktu kita mengadakan analisa adalah 0,5-50 mL gas dan 0,2-20 mL untuk cairan.
Oven. Digunakan untuk memanaskan kolom pada temperature tertentu sehingga mempermudah proses pemisahan komponen sampel. Biasanya oven memiliki jangkauan suhu 30-320 derajat C.
Kolom. Merupakan jantung dari ktomatografi gas. Ada beberapa bentuk kolom diantaranya lurus, bengkok, missal berbentuk V atau W dan kumparan/spiral. Kolom selalu berbentuk tabung. Berisi fasa diam sedangkan fasa gerak akan lewat didalamnya sambil membawa sampel. Secara umum terdapat 2 jenis kolom yaitu: 1 packed column, umumnya terbuat dari glass atau stainless steel coil dengan panjang 1-5 m dan diameter kira-kira 5 mm. 2 capilarry column, umumnya terbuat dari purified silicate glass dengan panjang 10-100 m dan diameter kira-kira 250 mm. beberapa jenis stationary phase yang sering digunakan yaitu polysiloxane untuk non polar analytes/sampel, polyethylene glycol untuk analytes/sampel, inorganic atau polymer packing untuk sampel bersifat small gaseous species.
2. Mass spectrometer (MS)
Sumber ion. Setelah analit melalui kolom kapiler ia akan diionisasi. Ionisasi pada spektroskopi massa yang digabungkan dengan GC ada dua yakni electron impact ionization (EI) atau chemical ionization (CI) yang lebih jauh lagi terbagi menjadi negative (NCI) dan positif (PCI). Berikut akan dijelaskan ionisasi EI. Ketika analit keluar dari kolom kapiler ia akan diionisasi oleh electron dari filament tungsten yang diberi tegangan listrik. Ionisasi terjadi bukan karena tumbukan electron dan molekul, tapi karena interaksi medan electron dan molekul lepas sehingga terbentuk ion molekuler M+ yang memiliki massa sama dengan molekul netral, tetapi bermuatan lebih positif. Adapun perbandingan massa fragmen tersebut dengan muatannya disebut mass to charge ratio yang disimbolkan M/Z, M sebagai massa molekul relative, sedangkan Z sebagai ionisasi. Ion yang terbentuk akan didorong ke quadropoles atau mass filter. Quadrupoles berupa empat electromagnet.
Filter. Pada quadrupoles, ion-ion dikelompokkan menurut M/Z dengan kombinasi frekuensi radio yang bergantian dan tegangan DC. Hanya ion dengan M/Z tertentu yang dilewatkan oleh quadropoles menuju ke detector.
 Detector. Terdiri atas high energy dynodes (HED) dan electron multiplier (EM) detector. Ion positif menuju HED, menyebabkan electron terlepas. Electron kemudian menuju kutub yang lebih positif yakni ujung tanduk EM. Ketika electron menyinggung sisi EM maka akan lebih banyak lagi electron yang terlepas, menyebabkan sebuah arus/aliran. Kemudian sinyal arus dibuat oleh detector proporsional terhadap jumlah ion yang menuju detector.
3. Computer
Data dari spektrometri massa dikirim ke computer dan diplot dalam sebuah grafik yang disebut sperktrum massa.
Limitasi/batasan. Secara umum penggunaan metode GCMS hanya terbatas untuk senyawa dengan tekanan uap berkisar 10-10 torr. Kebanyakan senyawa dengan tekanan lebih rendah hanya dapat dianalisis jika senyawa tersebut merupakan senyawa turunan (contoh, trimetilsili eter). Penentuan-penentuan gugus fungsional pada cincin aromatic masih sulit. Untuk senyawa isomer tidak dapat dibedakan oleh spectrometer (sebagai contoh: naftalena vs azulena), tapi dapat dipisahkan dengan kromatografi.
Sensitivitas dan batas deteksi. Bergantung pada faktor pelarutan dan metode ionisasi, sebuah ekstrak dengan 0,1-100 mg dari setiap komponen mungkin dibutuhkan agar sesuai jumlah yang diinjeksikan.
Dari hasil minyak kayu putih dengan GCMS diperoleh kromatogram. Dari hasil pembacaan kromatogram terdapat 6 puncak artinya terdapat 6 senyawa dalam sampel minyak kayu putih. Selanjutnya dari keenam puncak dapat ditentukan bahwa senyawa yang paling dominan adalah 1,8-cineole karena dari hasil kromatogram memiliki peak heigh yang paling tinggi.

Kesimpulan
Prinsip kerja dari analisis dengan GCMS adalah pemisahan senyawa kimia yang diubah ke dalam bentuk gas lalu dari gas diubah menjadi atom dan diubah lagi menjadi ion dan akan terpisah berdasarkan perbedaan massanya dan akan dideteksi oleh mass spektroskopi.
Komposisi senyawa pada minyak kayu putih hasil dari analisis dengan GCMS adalah alpha-pinene, dl-linonee, beta-terpinyl acetate, cyclohexene, beta-terpinyl acetae, 1,8-cineole, beta fenchyl alcohol, 3-cyclohexene-1-metanol, trans-caryophyllene. Senyawa yang paling mendominasi hasil dari analisis ini adalah 1,8-cineole karena memiliki peak heigh yang paling tinggi.

Daftar pustaka
Khopkar, 1985, Konsep Dasar Kimia Analitik, Universitas Indonesia, Jakarta.
Shalahuddin, 2012, Mengenal Kromatografi Gas, http://iqshalahuddin.wordpress.com/2012/03/15/mengenal-kromatografi-gas/(diakses 20 april 2012).
SNI 06-3954-2001

0 Response to "Kromatografi 2 Percobaan 3 ||Penentuan Komposisi Kimia pada Minyak Kayu Putih dengan GC-MS||"

Post a Comment