Analisis "Liquid Hydrocarbon" Menggunakan Gas Chromatography

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

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. Gagl 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.

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 sebagao total maka anda harus menjumlahnya sebagai satu area saja.

Area setiap komponen akan otomatis tercatat begitu analisa selesai dilakukan, area tersebut dihasilkan dari software pemroses data (data acquisition), dan biasanya bisa di copy paste ke excel, atau di convert kedalam code ASCII.Setelah dilakukan pemindahan data ke excel maka perhitungan dapat dilakukan dalam excel. 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 %)