MAKALAH GC-MS

MAKALAH

KIMIA FORENSIK

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2010

BAB I

PENDAHULUAN

Forensik berasal dari bahasa Yunani Forensis yang berarti "debat" atau

"perdebatan. Forensik biasanya selalu dikaitkan dengan tindak pinada (tindak

melawan hukum). Dalam buku-buku ilmu forensik pada umumnya ilmu forensik

diartikan sebagai penerapan dan pemanfaatan ilmu pengetahuan tertentu untuk

kepentingan penegakan hukum dan keadilan. Dalam penyidikan suatu kasus

kejahatan, observasi terhadap bukti fisik dan interpretasi dari hasil analisis

(pengujian) barang bukti merupakan alat utama dalam penyidikan tersebut. Dalam

kelompok ilmu-ilmu forensik ini dikenal antara lain ilmu fisika forensik, ilmu kimia

forensik, ilmu psikologi forensik, ilmu kedokteran forensik, ilmu toksikologi

forensik, ilmu psikiatri forensik, komputer forensik dan sebagainya.

Ilmu Forensik dikategorikan ke dalam ilmu pengetahuan alam dan dibangun

berdasarkan metode ilmu alam. Dalam padangan ilmu alam sesuatu sesuatu dianggap

ilmiah hanya dan hanya jika didasarkan pada fakta atau pengalaman (empirisme),

kebenaran ilmiah harus dapat dibuktikan oleh setiap orang melalui indranya

(positivesme), analisis dan hasilnya mampu dituangkan secara masuk akal, baik

deduktif maupun induktif dalam struktur bahasa tertentu yang mempunyai makna

(logika) dan hasilnya dapat dikomunikasikan ke masyarakat luas dengan tidak mudah

atau tanpa tergoyahkan (kritik ilmu).

Analisis forensik merupakan analisis senyawa kimia di dalam sampel yang

digunakan sebagai data penunjang dalam kasus hukum dan kriminal. Termasuk dalam

analisis forensik adalah pemeriksaan sidik jari, cairan tubuh, toksikologi/keracunan,

narkotika, kebakaran, ledakan dan lain-lain. Analisis kimia forensik sebagai bukti

dalam pemeriksaan hukum dan kriminal mencakupi identifikasi barang bukti,

pemeriksaan sidik jari, pemeriksaan darah, pemeriksaan cairan tubuh dan

pemeriksaan DNA.

Penggunaan instrument penting dalam penyelidikan kasus-kasus kriminal.

Sejak tahun 1960, GC-MS digunakan secara luas dalam Kimia Organik. Sejak saat itu

terjadi kenaikan penggunaan yang sangat besar dari metode ini. Ada dua alasan utama

terjadinya hal tersebut. Pertama adalah telah ditemukannya alat yang dapat

menguapkan hampir semua senyawa organik dan mengionkan uap. Kedua, fragmen

yang dihasilkan dari ion molekul dapat dihubungkan dengan struktur

molekulnya.GC-MS adalah singkatan dari “Gas Chromatography-Mass

Spectrometri”. Instrumen alat ini adalah gabungan dari alat GC dan MS, hal ini

berarti sampel yang hendak diperiksa diidentifikasi dahulu dengan alat GC (Gas

Chromatography) baru, kemudian diidentifikasi dengan alat MS (Mass

Spectrometry). GC dan MS merupakan kombinasi kekuatan yang simultan untuk

memisahkan dan mengidentifikasi komponen-komponen campuran.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Istilah kromatografi diturunkan dari fakta bahwa teknik ini mula-mula

digunakan untuk memisahkan pigmen-pigmen (Greek, chroma = warna, graphein =

menggambar), tetapi dengan berbagai modifikasi maka teknik ini digunakan dalam

pemisahan zat-zat kimia, dan tidak lagi selalu dihubungkan dengan senyawa-senyawa

berwarna. Ketepatan dalam memilih prosedur semuanya tergantung pada perbedaan

distribusi berbagai komponen-komponen campuran di antara dua fasa, yakni fasa

bergerak dan fasa diam. Fasa bergerak dapat berupa cairan atau gas, dan fasa diam

dapat berupa padatan atau cairan. Melalui kombinasi komponen-komponen tersebut

maka diperoleh beberapa macam teknik kromatografi seperti pada Tabel 1.

Tabel 1. Teknik Kromatografi

Dalam semua teknik kromatografi, zat terlarut yang akan dipisahkan

bermigrasi sepanjang suatu kolom (atau seperti dalam kromatograi kertas atau lapisan

tipis, padatan fisika dari suatu kolom), dan tentu saja dasar pemisahan terletaknya

dalam berbeda-bedanya laju bermigrasi untuk zat yang berlainan. Kita dapat

membayangkan laju migrasi suatu zat terlarut sebagai suatu resultant dua faktor, satu

cenderung untuk menggerakkan zat terlarut dan yang lain menghambatnya. Suatu

beda sangat kecil antara dua zat terlarut dalam keteguhan adsorspinnya dan dalam

antaraksinya dengan pelarut yang bergerak menjadi dasar pemisahan bila molekul-

molekul zat terlarut itu berulang-ulang didistrubusikan antara kedua fase itu

sepanjang kolom itu.

Beberapa contoh kromatografi yang sering digunakan di laboratorium

diberikan di bawah ini :

A. Kromatografi partisi

Prinsip kromatografi partisi dapat dijelaskan dengan hukum partisi yang dapat

diterapkan pada sistem multikomponen. Dalam kromatografi partisi, ekstraksi terjadi

berulang dalam satu kali proses. Dalam percobaan, zat terlarut didistribusikan antara

fasa stationer dan fasa mobil. Fasa stationer dalam banyak kasus pelarut diadsorbsi

pada adsorben dan fasa mobil adalah molekul pelarut yang mengisi ruang antar

partikel yang teradsorbsi.

Contoh khas kromatografi partisi adalah kromatografi kolom yang digunakan

luas karena merupakan sangat efisien untuk pemisahan senyawa organik (Gambar 2).

Kolomnya (tabung gela) diisi dengan bahan seperti alumina, silika gel atau pati yang

dicampur dengan adsorben, dan pastanya diisikan kedalam kolom. Larutan sampel

kemudian diisikan kedalam kolom dari atas sehingga sammpel diasorbsi oleh

adsorben. Kemudian pelarut (fasa mobil; pembawa) ditambahkan tetes demi tetes dari

atas kolom.

Partisi zat terlarut berlangsung di pelarut yang turun ke bawah (fasa mobil)

dan pelarut yang teradsorbsi oleh adsorben (fasa stationer). Selama perjalanan turun,

zat terlarut akan mengalami proses adsorpsi dan partisi berulang-ulang. Laju

penurunan berbeda untuk masing-masing zat terlarut dan bergantung pada koefisien

partisi masing-masing zat terlarut. Akhirnya, zat terlarut akan terpisahkan membentuk

beberapa lapisan. Akhirnya, masing-masing lapisan dielusi dengan pelarut yang

cocok untuk memberikan spesimen murninya. Nilai R didefinisikan untuk tiap zat

etralrut dengan persamaan berikut.

R = (jarak yang ditempuh zat terlarut) / (jarak yang ditempuh pelarut/fasa mobil).

Gambar 1. Diagram skematik kromatografi

B. Kromatografi kertas

Mekanisme pemisahan dengan kromatografi kertas prinsipnya sama dengan

mekanisme pada kromatografi kolom. Adsorben dalam kromatografi kertas adalah

kertas saring, yakni selulosa. Sampel yang akan dianalisis ditotolkan ke ujung kertas

yang kemudian digantung dalam wadah. Kemudian dasar kertas saring dicelupkan

kedalam pelarut yang mengisi dasar wadah. Fasa mobil (pelarut) dapat saja beragam.

Air, etanol, asam asetat atau campuran zat-zat ini dapat digunakan.

Kromatografi kertas diterapkan untuk analisis campuran asam amino dengan

sukses besar. Karena asam amino memiliki sifat yang sangat mirip, dan asam-asam

amino larut dalam air dan tidak mudah menguap (tidak mungkin didistilasi),

pemisahan asam amino adalah masalah paling sukar yang dihadapi kimiawan di akhir

abad 19 dan awal abad 20. Jadi penemuan kromatografi kertas merupakan berita

sangat baik bagi mereka.

Kimiawan Inggris Richard Laurence Millington Synge (1914-1994) adalah

orang pertama yang menggunakan metoda analisis asam amino dengan kromatografi

kertas. Saat campuran asam amino menaiki lembaran kertas secara vertikal karena

ada fenomena kapiler, partisi asam amino antara fasa mobil dan fasa diam (air) yang

teradsorbsi pada selulosa berlangsung berulang-ulang. Ketiak pelarut mencapai ujung

atas kertas proses dihentikan. Setiap asam amino bergerak dari titik awal sepanjang

jarak tertentu. Dari nilai R, masing-masing asam amino diidentifikasi. Kromatografi

kertas dua-dimensi (2D) menggunakan kertas yang luas bukan lembaran kecil, dan

sampelnya diproses secara dua dimensi dengan dua pelarut.

Gambar 2. Contoh hasil kromatografi kertas

C. Kromatografi gas

Campuran gas dapat dipisahkan dengan kromatografi gas. Fasa stationer dapat

berupa padatan (kromatografi gas-padat) atau cairan (kromatografi gas-cair).

Umumnya, untuk kromatografi gas-padat, sejumlah kecil padatan inert misalnya

karbon teraktivasi, alumina teraktivasi, silika gel atau saringan molekular diisikan ke

dalam tabung logam gulung yang panjang (2-10 m) dan tipis. Fasa mobil adalah gas

semacam hidrogen, nitrogen atau argon dan disebut gas pembawa. Pemisahan gas

bertitik didih rendah seperti oksigen, karbon monoksida dan karbon dioksida

dimungkinkan dengan teknik ini.

Dalam kasus kromatografi gas-cair, ester seperti ftalil dodesilsulfat yang

diadsorbsi di permukaan alumina teraktivasi, silika gel atau penyaring molekular,

digunakan sebagai fasa diam dan diisikan ke dalam kolom. Campuran senyawa yang

mudah menguap dicampur dengan gas pembawa disuntikkan ke dalam kolom, dan

setiap senyawa akan dipartisi antara fasa gas (mobil) dan fasa cair (diam) mengikuti

hukum partisi. Senyawa yang kurang larut dalam fasa diam akan keluar lebih dahulu.

Metoda ini khususnya sangat baik untuk analisis senyawa organik yang mudah

menguap seperti hidrokarbon dan ester. Analisis minyak mentah dan minyak atsiri

dalam buah telah dengan sukses dilakukan dengan teknik ini.

Efisiensi pemisahan ditentukan dengan besarnya interaksi antara sampel dan

cairannya. Disarankan untuk mencoba fasa cair standar yang diketahui efektif untuk

berbagai senyawa. Berdasarkan hasil ini, cairan yang lebih khusus kemudian dapat

dipilih. Metoda deteksinya, akan mempengaruhi kesensitifan teknik ini. Metoda yang

dipilih akan bergantung apakah tujuannya analisik atau preparatif.

Gambar 3. Skema kromatografi gas

Dalam kromatografi gas (yang biasa disebut carrier gas) digunakan untuk

membawa sample melewati lapisan material. Karena gas yang bergerak, maka disebut

mobile phase (fasa bergerak), sebaliknya lapisan material yang diam disebut

stationary phase (fasa diam). Ketika mobile phase membawa sample melewati

stationary phase, sebagian komponen sample akan lebih cenderung menempel ke

stationary phase dan bergerak lebih lama dari komponen lainnya, sehingga masing-

masing komponen akan keluar dari stationary phase pada saat yang berbeda. Dengan

cara ini komponen-komponen sample dipisahkan.

Secara umum, peralatan GC terdiri dari: 1) Injection System; 2) Oven; 3)

Control System; 4) Column; 5) Detector; dan 6) Data Acquisition System.

Injection system

Digunakan untuk memasukkan/menyemprot gas dan sample kedalam column. Ada

beberapa jenis injection system: 1) Packed column injector; umumnya digunakan

dengan package column atau capillary column dengan diameter yang agak besar;

injeksi dilakukan secara langsung (direct injection). 2) Split/Splitless capillary

injector, digunakan dengan capillary column; sebagian gas/sample dibuang melalui

split valve. 3) Temperature programmable cool on-column, digunakan dengan cool

capillary column, injeksi dilakukan secara langsung.

Oven

Digunakan untuk memanaskan kolom pada temperatur tertentu sehingga

mempermudah proses pemisahan komponen sampel.

Column

Berisi stationary phase dimana mobile phase akan lewat didalamnya sambil

membawa sample. Secara umum terdapat 2 jenis column, yaitu: 1) Packed column,

umumnya terbuat dari glass atau stainless steel coil dengan panjang 1 – 5 m dan

diameter kira-kira 5 mm. 2) Capillary 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: a) Polysiloxanes untuk nonpolar

analytes/sample. b) Polyethylene glycol untuk polar analytes/sample. c) Inorganic

atau polymer packing.

Control system

Berfungsi untuk: 1) Mengontrol pressure dan flow dari mobile phase yang masuk ke

column. 2) Mengontrol temperatur oven.

Detector

Berfungsi mendeteksi adanya komponen yang keluar dari kolom. Ada beberapa jenis

detektor, salah satunya adalah spektometer massa yang berfungsi mengukur

perbedaan rasio massa/muatan (m/e) dari ionisasi atom atau molekul untuk

menentukan kuantitasi atom atau molekul tersebut.

Spektrometer Massa

Atom dapat dibelokkan dalam sebuah medan magnet (dengan anggapan atom

tersebut diubah menjadi ion terlebih dahulu). Karena partikel-partikel bermuatan

listrik dibelokkan dalam medan magnet dan partikel-partikel yang tidak bermuatan

(netral) tidak dibelokkan. Urutannya adalah sebagai berikut:

Tahap pertama : Ionisasi

Atom di-ionisasi dengan emengambilf satu atau lebih elektron dari atom

tersebut supaya terbentuk ion positif. Ini juga berlaku untuk unsur-unsur yang

biasanya membentuk ion-ion negatif (sebagai contoh, klor) atau unsur-unsur yang

tidak pernah membentuk ion (sebagai contoh, argon). spektrometer massa ini selalu

bekerja hanya dengan ion positif.

Tahap kedua : Percepatan

Ion-ion tersebut dipercepat supaya semuanya mempunyai energi kinetik yang sama.

Tahap ketiga : Pembelokan

Ion-ion tersebut dibelokkan dengan menggunakan medan magnet,

pembelokan yang terjadi tergantung pada massa ion tersebut. Semakin ringan

massanya, akan semakin dibelokan. Besarnya pembelokannya juga tergantung pada

besar muatan positif ion tersebut. Dengan kata lain, semakin banyak elektron yang

ediambilf pada tahap 1, semakin besar muatan ion tersebut, pembelokan yang terjadi

akan semakin besar.

Tahap keempat : Pendeteksian

Sinar-sinar ion yang melintas dalam mesin tersebut dideteksi dengan secara elektrik.

Gambar 3. Diagram spektrometer massa

Keadaan hampa udara

Penting bagi ion-ion yang telah dibuat dalam ruang ionisasi untuk dapat bergerak

lurus dalam mesin tanpa bertabrakan dengan molekul2 udara.

Ionisasi

Gambar 4. Tahap ionisasi

Sampel yang berbentuk gas (vaporised sample) masuk ke dalam ruang

ionisasi. Kumparan metal yang dipanaskan dengan menggunakan listrik

emelepaskanf elektron-elektron yang ada pada sampel dan elektron-elektron lepas itu

menempel pada perangkap elektron (electron trap) yang mempunyai muatan positif.

Partikel-partikel dalam sample tersebut (atom atau molekul) dihantam oleh

banyak sekali elektron-elektron, dan beberapa dari tumbukan tersebut mempunyai

energi cukup untuk melepaskan satu atau lebih elektron dari sample tersebut sehingga

sample tersebut menjadi ion positif. Kebanyakan ion-ion positif yang terbentuk itu

mempunyai muatan +1 karena akan jauh lebih sulit untuk memindahkan elektron lagi

dari sample yang sudah menjadi ion positif. Ion-ion positif yang terbentuk ini ediajak

keluarf dan masuk ke bagian mesin yang merupakan sebuah lempengan metal yang

bermuatan positif (Ion repellel).

Percepatan

Gambar 5. Tahap percepatan

Ion-ion positif yang ditolak dari ruang ionisasi yang sangat positif itu akan melewati

3 celah, dimana celah terakhir itu bermuatan 0 V. Celah yang berada di tengah

mempunyai voltase menengah. Semua ion-ion tersebut dipercepat sampai menjadi

sinar yang sangat terfokus.

Pembelokkan

Gambar 6. Tahap pembelokkan

Ion yang berbeda-beda akan dibelokkan secara berbeda pula oleh medan

magnet. Besarnya pembelokan yang dialami oleh sebuah ion tergantung pada:

1. Massa ion tersebut.

Ion-ion yang bermassa ringan akan dibelokkan lebih daripada ion-ion yang bermassa

berat.

2. Muatan ion.

Ion yang mempunyai muatan +2 (atau lebih) akan dibelokkan lebih daripada ion-ion

yang bermuatan +1.

Dua faktor diatas digabungkan ke dalam perbandingan massa/muatan. Perbandingan

ini mempunyai simbol m/z (atau m/e)

Pendeteksian

Pada gambar diatas, hanya sinar B yang bisa terus melaju sampai ke

pendetektor ion. Ion-ion lainnya bertubrukan dengan dinding dimana ion-ion akan

menerima elektron dan dinetralisasi. Pada akhirnya, ion-ion yang telah menjadi netral

tersebut akan dipisahkan dari spektrometer massa oleh pompa vakum.

Gambar 7. Tahap pendeteksian

Ketika sebuah ion menubruk kotak logam, maka ion tersebut akan

dinetralisasi oleh elektron yang pindah dari logam ke ion (gambar kanan). Hal ini

akan menimbulkan ruang antara elektron-elektron yang ada dalam logam tersebut,

dan elektron-elektron yang berada dalam kabel akan mengisi ruang tersebut. Aliran

elektron di dalam kabel itu dideteksi sebagai arus listrik yang bisa diperkuat dan

dicatat. Semakin banyak ion yang datang, semakin besat arus listrik yang timbul.

Bagaimana bentuk output dari spektrometer massa.

Hasil dari pencatat diagram disederhanakan menjadi ediagram garisf. Ini

menunjukkan arus listrik yang timbul oleh beragam ion yang mempunyai

perbandingan m/z masing-masing.

Diagram garis Molybdenum (Mo) adalah sebagai berikut:

Garis tegak lurus itu menunjukkan besarnya arus listrik yang diterima oleh

alat pencatat arus yang berarti banyaknya ion datang ke detektor. Seperti yang anda

bisa lihat dari diagram diatas, ion yang paling banyak adalah ion yang mempunyai

perbandingan m/z 98. Ion-ion lainnya mempunyai perbandingan m/z 92,94,95,96,97

dan 100.

Ini berarti molybdenum mempunyai 7 macam isotop. Dengan menganggap

bahwa semua ion tersebut bermuatan +1 maka berarti massa dari ketujuh isotop

tersebut adalah 92,94,95,96,97 ,98 dan 100.

Sampel rambut

Tiga faktor yang mempengaruhi obat-obatan masuk ke dalam rambut adalah

jumlah melanin di dalam rambut, kadar lemak di dalam rambut dan PH dari struktur

obat tersebut.

PH dari melanocyt adalah 3-5 afinitas melanin terhadap obat-obatan telah di

demonstrasikan secara eksprimen baik terhadap hewan maupun manusia atau in vitro.

Didapatkan bahwa konsentrasi obat terhadap rambut yang memiliki kadar melanin

yang tinggi memiliki konsentrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan rambut

pirang maupun dengan rambut coklat setelah mengkonsumsi dosis yang sama.

Faktor yang kedua yang terpenting adalah polaritas dari obat maupun

metabolitnya. Semakin polar obat ataupun metabolit dari obat tersebut seperti

benzoylecgonine, morphin ataupun amphetamine lebih sedikit masuk ke dalam

rambut dibandingkan dengan yang liphophilic seperti kokain atau 6-

monoacetylmorphine atau methaphetamin.

Keasaman dari isi obat merupakan faktor yang ketiga dalam menentukan

masuknya obat ke dalam rambut. Matrik rambut memiliki tingkat keasaman yang

lebih tinggi (PH lebih rendah) dibandingkan dengan kadar PH dalam darah (PH 7,4)

sehingga obat –obat yang bersifat basa lebih mudah masuk dibandingkan obat yang

bersifat netral maupun yang bersifat basa.

Metode analisa rambut

Beberapa metode analisa untuk mendeteksi dan menghitung kadar kokain dan

metabolitnya di dalam tubuh, tapi tidak ada satu pun yang diterima sebagai

standar. Umumnya, setiap prosedur memiliki langkah yang sama yaitu : pengumpulan

spesimen, pencucian sampel, ekstraksi dari sampel, immunoassay screening dan

konfirmasi atau penghitungan menggunakan berbagai macam metode. Perbedaan

mendasar dari beberapa metode tersebut adalah dalam persiapan sampel yaitu dalam

pencucian dan ekstraksi sampel rambut. Dalam penelitian ini digunakan metode

“soft” digestion dari sampel rambut untuk menghindari konversi kokain ke BZE

A. Prosedur pengambilan sampel rambut

Tempat dan teknik untuk pengambilan sampel rambut sangat penting karena

perbedaan trace elemen dan konsentrasi obat berbeda pada beberapa tempat di

rambut. Morphine konsentrasi tertingginya terdapat di rambut pubis, kemudian

rambut ketiak dan rambut di kepala. Konsentrasi methadone tertinggi didapatkan di

rambut ketiak, menurun di rambut pubis diikuti rambut kepala.

Sampel rambut yang digunakan untuk analisa penggunaan kokain diambil dari

rambut kepala. Vertex posterior dari kepala merupakan yang tersering digunakan

sebagai sampel karena hampir sebagian besar rambut pada daerah ini (85%) dalam

masa pertumbuhan sehingga banyak obat-obatan yang ada di sana. Jumlah sampel

yang bagus adalah sekitar 100 mg rambut, diambil dengan cara menggambil beberapa

bagian rambut dan menariknya dengan lembut untuk melepaskan bagian yang ada

dalam keadaan istirahat. Analisa secara segmental biasanya digunakan mencari

hubungan antara waktu konsumsi dan lokasi obat di rambut, dimana akar rambut

disejajarkan kemudian dipotong menjadi beberapa segmen sepanjang 1 cm dimana

nantinya mewakili pertumbuhan rambut selama sebulan.

Prosedur pencucian

Proses pencucian ini bertujuan untuk menghilangkan kontaminasi dari sampel

rambut baik itu lemak, minyak, kosmetiks dan obat-obatan yang melekat pada

rambut. Teknik yang digunakan dimana sampel rambut (5-10mg) dicampur dengan 1

mL methanol di diamkan selama 15 menit dalam suhu 37oC yang kemudian dicuci

dengan phosphate buffer (PH 6) pada suhu 37oC sudah mampu untuk menghilangkan

kontaminasi obat-obatan.

C. Penghancuran dan ekstrasi obat

Berbagai macam teknik dapat digunakan untuk penghancuran dan ekstraksi

obat yang ada di rambut,salah satu metode yang digunakan adalah soft digestion

teknik dimana kira-kira 10 mg rambut ditempatkan di dalam tabung centrifuge (lebar

10mm x kedalaman 100mm) dicampur dengan 2,6mL buffer (1 ml 1M tris HCl

buffer, 20 mL 10 persen dodecyl sulfate dan 79mL air yang terion) dan dicampur

dengan 0,4 mL 0 4 M dithiothreitol dalam 10 mM sodium acetate buffer yang

kemudian diputar dan diinkubasi selama 2 jam pada suhu 40 °C. Kemudian 55 μL

proteinase K solution (10 mg/mL atau 136 units/mL) ditambahkan; kemudian sampel

diputar lagi dan diinkubasi selama semalam pada suhu 40 °C, phase ekstraksi ini

mampu untuk mengisolasi kokain, BZE, dan EME dari sampel rambut.