Analisis Hidrokarbon Cair Menggunakan Gas Chromatography

Sebelum dimulai tulisan ini, saya mengucapkan terima kasih kepada yang sudah menuliskan komentarnya pada tulisan sebelumnya.

Hidrokarbon cair atau dalam hal ini yang saya maksudkan adalah minyak bumi, memiliki komposisi hidrokarbon dari mulai CH4 sampai C…..(tergantung dari minyak bumi nya, tidak ada yang bisa mengetahuinya sebelum dilakukan analisis, alias hanya Tuhan yang tahu). Komposisi hidrokarbon dari minyak bumi bisa dilakukan dengan menggunakan Gas Chromatography (GC).

GC yang bagaimana yang diperlukan untuk analisis ini?
1. GC yang dilengkapi dengan Detektor FID
2. GC yang dilengkapi dengan kolom non-polar (DB-1, SPB-1, HP-1 dll)
3. Carrier gas, peralatan dasar seperti flow control, H2, dan Udara pada prinsipnya adalah sama untuk semua GC
4. Syringe (injektor)

Dari berbagai merk GC yang ada, semua pada prinsipnya adalah sama, yang membedakan adalah software penyertanya yang berfungsi sebagai acquisition data control, prinsip kerja sama. Pengaturan split ratio, pengaturan flow carrier, flow hidrogen, flow udara, dll. Pengaturan Flow ada yang manual ada yang sudah menggunakan APC/AFC (Automatic Pressure Control/Automatic Flow Control) yang manual masih diatur melalui regulator, sedangkan yang satunya sudah diatur melalui software. Kalo Agilent softwarenya Chemstation, Varian melalui Workstation dan Shimadzu memalui GC Solution.

Demikian gambaran singkatnya tentang GC yang akan kita gunakan, prinsipnya harus disesuaikan dengan keperluan. Untuk itu biasanya sudah disiapkan oleh Vendor dimana kita membeli instrument tersebut, user biasanya hanya menyesuaikan sedikit saja, seperti program temperatur dimana contoh akan dianalisa.

Program temperatur atau biasa disebut Condition Operation atau Ramp temp adalah sebuah program pengaturan yang disediakan software untuk mengatur temperatur di dalam oven dimana kolom berada. Dengan mengatur suhu kolom maka otomatis kita mengatur kecepatan pemisahan komponen yang masuk ke dalam kolom. semakin tinggi setting temperatur maka semakin cepat contoh yang ada di dalam kolom keluar, begitu pula sebaliknya, tetapi pertanyaannya adalah semakin cepat contoh keluar apakah juga dapat kita identifikasi komponen apa saja yang keluar? jawabnya TIDAK, contoh yang keluar terlalu cepat dari dalam kolom bahkan keluar dalam waktu yang hampir bersamaan akan membentuk peak-peak kromatogram yang hampir menyatu mustahil kita mampu mengindentifikasikannya, waktu yang singkat dalam pemisahan di kolom akan percuma karena kita tidak mampu mengidentifikasikan komponen apapun didalam contoh tersebut. Bagaimana jika diperlama? Adalah Ingin berapa lama kita melakukan analisis 24 jam? 32 jam? apakah kalau lama kita akan mampu meng identifikasi kan komponen hidrokarbon? mungkin saja tetapi apakah harus sedemikian lama hanya untuk menunggu pemisahan 10 atau 15 buah komponen. Disinilah letak point nya bagaimana kita menemukan sebuah kondisi pemrograman temperatur agar dengan waktu yang relatif singkat kita mampu mengindentifikasi komponen-komponen yang kita inginkan. Analisa komposisi hidrokarbon cair memerlukan sebuah pengaturan suhu yang cermat, berbeda dengan analisa komposisi gas alam yang hanya memerlukan pengaturan suhu isotherm.

Contoh sebuah ramping: Initial temperatur : 30ºC hold 30 min, 5ºC/min to 200ºC hold 50 min Artinya: Sample/contoh akan di analisa pada suhu awal 30ºC selama 30 menit, setelah 30 menit suhu akan naik 5ºC per menit sampai suhu 200ºC menit selama 50 menit

Kolom, berapa panjang kolom yang akan digunakan? Relatif. Sebanyak apa komponen yang akan anda pisahkan dan identifikasi dari minyak bumi, jika anda hanya ingin berapa jumlah fraksi ringan CH4 sampai dengan C5H12, atau anda hanya ingin berapa C4H10 nya maka kebutuhan anda hanya kolom dengan panjang 30 meter saja berbeda jika anda ingin mengidentifikasi sampai C9H20 atau sampai seluruh komponen hidrokarbon dalam minyak bumi tersebut taruhlah sampai C40H82 plus, maka minimal menurut hemat saya anda memerlukan panjang kolom sekitar 60 meter, kebutuhan nya akan berbeda, walaupun bisa saja fraksi ringan dianalisa dengan kolom 60 meter, peaknya juga semakin bagus, walau waktu yang diperlukan menjadi relatif lebih lama, tetapi default nya GC yang baru anda pesan biasanya dilengkapi dengan kolom test 3 meter dan vendor biasanya menggunakan kolom 60 meter.

Setelah GC anda siap dan telah di kondisikan, maka injeksikan sejumlah contoh dengan menggunakan syringe. Jumlah contoh tidak perlu terlalu banyak 2 µl sampai 5 µl sudah cukup. Biarkan GC bekerja memisahkan komponen-komponen hidrokarbon dalam minyak bumi anda. Waktu yang dibutuhkan bervariasi tergantung anda melakukan ramping permrograman suhu/temperatur analisa.

Analisa dinyatakan selesai jika baseline sudah kembali lurus, menandakan sample sudah habis ter elusi. Apakah analisa sudah selesai? Secara teknis ya selesai. Tetapi anda masih harus mengindentifikasikan dan melakukan analisa kuantitatif. Di sinilah saat nya anda harus mengidentifikasikan standar yang anda miliki pada kondisi operasi yang sama dengan saat sample/contoh di analisa/di run. Dengan membandingkan waktu retensi antara ke-dua nya (sample dan standard) maka secara kualitatif anda telah mampu mengidentifikasikan komponen-komponen yang anda ingin analisa. Misalnya anda ingin analisa C3H8, C4H10,C5H12, C6H14, C7H16, Benzene, dan Toluene maka anda harus melakukan injeksi standard komponen-komponen diatas pada kondisi operasi yang sama, maka komponen-komponen tersebut akan menghasilkan waktu retensi (RT) yang sama (terelusi pada RT yang sama). Hanya dengan membanding waktu retensinya maka anda dapat menyimpulkan/mengidentifikasi letak C3H8, C4H10,C5H12, C6H14, C7H16, Benzene, dan Toluene didalam sekumpulan peak minyak bumi, untuk informasi kenapa anda memerlukan standar, karena jumlah peak yang ada didalam minyak bumi bisa mencapai ratusan peak.

Senyawa hidrokarbon rantai lurus akan keluar berurutan sesuai urutan homolognya, tidak mungkin C6H14 akan keluar pada menit 7 dan C4H10 pada menit ke 8, senyawa benzene pun akan keluar lebih dahulu daripada Toluene, begitupula senyawa toluene akan lebih dahulu terpisahkan dibandingkan senyawa xylene.

Contoh chromatogram

chrom-1

Gambar diatas adalah salah satu hasil analisa berupa kromatogram. puncak/peak itulah yang menunjukkan setiap senyawa/komponen dari hidrokarbon minyak bumi. Identifikasi komponen adalah hal terpenting yang dalam setiap pekerjaan analisis setelah menentukan kondisi operasi GC. Gagal melakukan identifikasi maka tidak akan berguna hasil analisa GC yang dilakukan, anda akan mampu menghitung tetapi anda tidak tahu apa yang dihitung.

Identifikasi komponen didalam minyak bumi adalah seni, anda membandingkan bukan hanya terhadap waktu retensi nya saja tetapi juga terhadap patern yang dihasilkan. Minyak bumi memiliki patern yang sama, walaupun waktu retensinya berubah rubah. Waktu Retensi (RT) yang sama akan menunjukkan komponen yang sama pada kondisi operasi yang sama adalah semacam hukum tak tertulis, tetapi jika GC and tidak dilengkapi dengan AFC (Automatic Flow Control) atau alat sejenisnya maka RT yang dihasilkan cenderung berubah-rubah tergantung bagaimana anda melakukan injeksi.Setiap operator akan memiliki style masing-masing, dan itu akan menggeser RT tetapi dengan bantuan Autosampler kesalahan itu dapat diminimalisasi.

Identifikasi adalah menomori atom karbon pada posisi Normal alkana. Normal alkana akan muncul setelah isomernya, i-C4 (isomer C4) akan keluar lebih dahulu setelah itu baru n-C4, ini akan terus simultan hingga atom karbon terakhir. Cara terbaiknya adalah tentukan dahulu atom normal nya C-1, C-2 jika ada, C-3 sampai C-40 misalnya. Penentuan normal alkana sangat mudah, yaitu dengan melihat peak yang paling tinggi dan berbaris rapih dengan selang waktu yang relatif sama. Jika kita sudah biasa melakukannya maka akan mudah. Bagaimana jika kita baru dan awam untuk melakukan identifikasi? Untuk yang baru melakukan identifikasi ini sebaiknya menggunakan Standar normal alkana yang diinjeksikan kedalam GC dengan methode temperatur rampling yang sama, dan hasil nya akan terlihat RT setiap normal alkana didalam standard akan relatif sama dengan normal alkana didalam sample. Identifikasi normal alkana dilanjutkan dengan identifikasi iso-alkana. Iso adalah komponen-komponen selain normal yang mana terelusi sebelum normal nya. iso-hexane adalah semua komponen antara normal penrane dan normal hexane. is-heptane adalah semua komponen antara normal hexane dan normal heptane, begitu seterusnya.

Perhitungan / Kalkulasi.

Ada dua jenis perhitungan diadalam analisis HC Liquid.

  1. Direct Normalization
  2. Internal Standar Normalization

Keduanya bisa digunakan dan tidak ada yang salah atau lebih betul, semua tergantung informasi apa yang ingin didapatkan. Yups GC hanya alat yang kita pergunakan untuk membantu kita menyelesaikan masalah. Mari kita bahas satu-persatu.

  1. Direct Normalization

Lakukan identifikasi secara benar, lakukan standar verification dengan melakukan injeksi standar secara berkala secara qualitatif untuk mengetahui pergeseran waktu retensi. Identifikasi komponen akan lebih mudah jika kita memiliki qualitatif standard reference .

Report untuk komposisi HC Liquid adalah apa saja komposisinya dan berapa banyak kandungannya.

Sebelum lebih jauh membicarakan komposisi ini, harus pula kita sadari jika Crude Oil yang kita injek tadi adalah sesuatu yang komplek senyawa nya, bukan saja hidrokarbon tetapi bisa jadi ada senyawa lain yang bersifat minority tetapi mayoritynya dalah HC. Perhitungan yang kita lakukan ini adalah menganggap semua komponen yang kita hitung adalah HC. itu sebabnya kita hanya menghitung Komposisi HC.

Crude yang kita hitung kita anggap 100% HC dan tidak ada komponen lain selain nya dan harus dibreakdown dari masing homolog HC tersebut.

Nama Rumus molekul Nama Rumus molekul
metana CH4 heksadekana C16H34
Etana C2H6 heptadekana C17H36
propan C3H8 oktadekana C18H38
butana C4H8 nonadekana C19H40
pentana C5H12 eikosana C20H42
heksana C6H14 heneikosana C21H44
heptana C7H16 dokosana C22H46
oktana C8H18 trikosa C23H48
nonana C9H20 tetrakosana C24H50
dekana C10H22 pentakosana C25H52
undekana C11H24 keksakosana C26H54
dodekana C12H26 heptakosana C27H56
tridekana C13H26 oktaoksana C28H58
tetradekana C14H30 nonakosana C29H60
pentadekana C15H32 trikontana C30H62

Setelah dilakukan identifikasi maka kita akan melakukan perhitungan berapa kandungan komponen yang akan dianalisis, misalnya kita akan menghitung berapa kandungan C4H10 dan C5H12 dalam suatu minyak bumi. Setelah dilakukan identifikasi terhadap C4H10 dan C5H12, maka kita mencatat berapa area dari komponen tersebut. C4H10 memiliki 2 komponen yaitu i-C4H10 dan n-C4H10, demikian juga dengan C5H12 memiliki i-C5H12 dan n-C5H12,(i =isomer, n = normal), jika anda ingin area setiap komponen isomer dan normal terpisah maka anda harus memisahkan setiap area nya, tetapi jika sebagai total maka anda harus menjumlahnya sebagai satu area saja.

Area Total C4 misalnya 1000, area total C5 misalnya 1500, maka untuk mendapatkan berapa % C4 dan C5, anda harus mengetahui berapa total Area dari keseluruhan hasil analisa misalnya Total Area komponen dari contoh adalah 500.000, maka % C4=1000/500.000 x 100, %C5 =1500/500.000 x 100, kita akan dapatkan C4 = 0.2 % dan C5 = 0.3% dan sisanya adalah 99.5% adalah hidrokarbon lainnya. Satuan dari perhitungan diatas adalah % berat (Weight %). Mudah bukan? (Catatan: Perhitungan diatas dilakukan dalam bentuk normalisasi, sehingga hasil total adalah 100 %).

% yang dihasilkan adalah persen berat (area), sedangkan persen volume dilakukan dengan SG teori dari masing-masing komponen yang bisa kita dapatkan dari Hydrocarbon properties Book, juga bisa dilakukan dengan % Mol dengan cari membagi % Berat dengan Mol dari masing-masing komponen.

51334

Kutipan diambil dari ASTM D 5134.(Detailed Analysis of Petroleum Naphtas through n-nonanes by capillary Gas Chromatography.

ASTM tersebut memang tidak bisa digunakan secara langsung akan tetapi dengan modified (Mod) yaitu pada indentifikasi, akan tetapi perhitungan dan kondisi GC nya bisa digunakan. Catatan : Waktu analisis sebaiknya diperpanjang jika crude tersebut waxy yang kemungkinan bisa sampai C40 plus.

2. Internal Standard

Internal standard adalah Standar yang ditambahkan kedalam sample sebelum di analisis (injek) dengan GC. Sample ditimbang….X gram dan Standard tersebut di timbang didalam sample Y gram, X/Y x 100% = Z% internal standard didalam sample. Syarat sebagai  internal standard adalah komponen tersebut tidak boleh sama/ada didalam sample yang dianalisis. Jika sample yang akan dianalisis adalah crude oil maka sebaiknya tidak menggunakan standard HC alkana karena akan tercampur dan membuat penambahan area pada komponen tersebut. misalnya menggunakan Internal standard n-decane atau n-heptadecane. Area n-decane/n-heptadecane dari crude akan bertambah besar. Bisa saja dilakukan injeksi awal (i-0) dan (i-1) sebagai injeksi setelah penambahan standard dan area standard di hitung dengan cara [area (i-1)]-[area (i-0)]. Tetapi saya tidak merekomendasi hal tersebut. Mengapa? karena kita melakukan 2 x injeksi, dan secara umum 2x analisis berarti melakukan 2x kesalahan. Jika kita bisa melakukan 1x kesalahan kenapa harus menambah kesalahan.

 

18 comments on “Analisis Hidrokarbon Cair Menggunakan Gas Chromatography

  1. mo nanya ni

    kan syringe bt injek sampel minyak bumi ke gc sebelum di gunakan di bilas dulu pake CS2..
    knpa yang digunakan CS2?
    thx b4

  2. pak ajarin cara membuat kurva kalibrasi menggunakan 2 data kromatogram berbeda yang diinjeksikan berbeda menggunakan software GC solution pd GC shimadzu 2014.ak coba nggak bisa ada yg bilang levelnya pilih 2.tetap tidak bisa

    • maksud nya gimana ya, kebetulan saya juga baru baru aja nee bergaul dengan Shimadzu 2014, gimana kalo sama sama aja kita belajar?

  3. saya mahasiswi akademi kimia anlisis bogor.. saya bentar lagi mau pkl.. penegn diskusi sama mas.. bisa? d’add ya mas…

  4. dear sir,

    thanks alot atas info mengenai gc ,
    kebetulan dikantor ada gcshimadju.

    biasanya yang rutin diperiksa sample minyak bumi itu selain gc apalagi ya mas?

  5. mas saya mau minta prosedur analisis penentuan hidrokarbon dalam sampel udara..
    trus minta retention time buat benzen, toluen, xylen..
    spec kolom yg punya kita :
    1. Rxi-1ms 30 meter 0.25 mmID, 0.25 um df
    2. Rtx-5 30 meter, 0.25mmID, 0.25 um df
    Terimaksih

    • saya gak punya metoda tersebut, retention time setiap alat akan berbeda karena banyak faktor yg mempengaruhinya, selain panjang kolom, temperatur oven, flow helium yg digunakan juga akan berpengaruh, cobalah injeksikan standard dr komponen tsb lebih dahulu, thks

  6. Pak, saya mau nanya. ditempat saya ada alat GC solution ( Shimadzu ) dengan HT200H ( Headspace autosample ). Pada perlengkapan alat tersebut menggunakan kompresor juga. Tapi saya dengar ada yang mengatakan tidak perlu menggunakan kompresor. Seharusnya, alat tersebut menggunakan kompresor atau tidak ya pak?. Kalau menurut saya, fungsinya kompresor tersebut untuk mengatur flow udara yang masuk dan tekanan yang digunakan dalam alat GC tersebut. mohon informasinya.

    Terima Kasih

  7. mas, saya tertarik dengan pembahasan tentang GC. Saya punya GC Shimadzu lama GC-8A. Karena masih sangat manual, jadi saya hitung sendiri tiap analisa. Masalahnya waktu retensi tiap2 solvent bergeser terus tiap saat, seperti contoh toluene kadang di 7,9 kadang 8,1 atau 8,2. Begitu juga yg lain (IPA, EA, MEK, dsb). Mohon informasinya, apakah ada data base untuk waktu retensi solvent (hydrocarbon, atau senyawa lain), dimana saya bisa mendapatkannya?? mohon bantuannya, terima kasih.

  8. Assalamualaikum

    pak saya biasa pakai GC Bucks Scientific 910 kolom apa ya pak yang bisa digunakan dan mohon di share metode untuk analisa minyak bumi, sebagai tambahan saya biasa pakai GC untuk analisa FFA, trimakasih

  9. ada yang bisa tolong ga?….
    tolong dong…..
    aku mau tanya gimana yah caranya tuk analisis tanin dengan menggunakan GC-MS

    • GC nya beli baru apa dah lama? kalo msh baru, minta saja di training oleh pihak vendornya atau suplier alat tsb sampai kira kira bisa mengoperasikannya, tapi bila GC nya dah lama, saya kira bisa kita belajar dengan cara ikut Training ke lembaga yang suka menyelenggarakan kursus2 mengenai Instrumen atau cara cara menganalisa sampel tertentu dengan berbagai metoda pengujian tentunya. misalnya ke LIPI di Bandung atau yang lainnya.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s