Spektrofotometri Serapan Atom

Spektrometri merupakan suatu metode analisis kuantitatif yang pengukurannya berdasarkan banyaknya radiasi yang dihasilkan atau yang diserap oleh spesi atom atau molekul analit. Salah satu bagian dari spektrometri ialah Spektrometri Serapan Atom (SSA), merupakan metode analisis unsur secara kuantitatif yang pengukurannya berdasarkan penyerapan cahaya dengan panjang gelombang tertentu oleh atom logam dalam keadaan bebas (Skoog et. al., 2000).

Sejarah SSA berkaitan erat dengan observasi sinar matahari. Pada tahun 1802 Wollaston menemukan garis hitam pada spektrum cahaya matahari yang kemudian diselidiki lebih lanjut oleh Fraunhofer pada tahun 1820. Brewster mengemukakan pandangan bahwa garis Fraunhofer ini diakibatkan oleh proses absorpsi pada atmoser matahari. Prinsip absorpsi ini kemudian mendasari Kirchhoff dan Bunsen untuk melakukan penelitian yang sistematis mengenai spektrum dari logam alkali dan alkali tanah. Kemudian Planck mengemukakan hukum kuantum dari absorpsi dan emisi suatu cahaya.

 Menurutnya, suatu atom hanya akan menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu (frekwensi), atau dengan kata lain ia hanya akan mengambil dan melepas suatu jumlah energi tertentu, (ε = hv = hc/λ). Kelahiran SSA sendiri pada tahun 1955, ketika publikasi yang ditulis oleh Walsh dan Alkemade & Milatz muncul. Dalam publikasi ini SSA direkomendasikan sebagaimetode analisis yang dapat diaplikasikan secara umum (Weltz, 1976).
Pengembangan metode spektrometri serapan atom (AAS) baru dimulai sejak tahun 1955, yaitu ketika seorang ilmuwan Australia, Walsh (1955) melaporkan hasil penelitiannya tentang penggunaan “hollow cathode lamp” sebagai sumber radiasi yang dapat menghasilkan radiasi panjang gelombang karakteristik yang sangat sesuai dengan AAS. Pada tahun yang sama Alkemade dan Milatz (1955) melaporkan bahwa beberapa jenis nyala dapat digunakan sebagai sarana untuk atomisasi sejumlah unsur. Oleh karena itu, para ilmuwan tersebut dapat dianggap sebagai “Bapak AAS “.

Metode Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) pertama kali dikembangkan oleh Walsh Alkamede, dan Metals (1995). SSA ditujukan untuk mengetahui unsur logam renik di dalam sampel yang dianalisis.

Spektrofotometri Serapan Atom didasarkan pada penyerapan energi sinar oleh atom-atom netral dalam keadaan gas, untuk itu diperlukan kalor / panas. Alat ini umumnya digunakan untuk analisis logam sedangkan untuk non logam jarang sekali, mengingat unsure non logam dapat terionisasi dengan adanya kalor, sehingga setelah dipanaskan akan sukar didapat unsur yang terionisasi.

Pada metode ini larutan sampel diubah menjadi bentuk aerosol didalam bagian pengkabutan (nebulizer) pada alat AAS selanjutnya diubah ke dalam bentuk atom-atomnya berupa garis didalam nyala.

Spektrofotometer serapan atom (SSA) sebetulnya adalah metode umum untuk menentukan kadar unsur logam konsentrasi renik. Keadaan bentuk contoh aslinya tidak penting asalkan contoh larut dalam air atau dalam larutan bukan air.
Metode SSA spesifikasinya tinggi yaitu unsure-unsur dapat ditentukan meskipun dalam campuran.Pemisahan, yang penting untuk hampir-hampir semua analisis basah, boleh dikatakan tidak diperlukan, menjadikan SSA sederhana dan menarik. Kenyataan ini, ditambah dengan kemudahan menangani SSA modern, menjadikan analisis rutin dapat dilakukan cepat dan ekonomis oleh tenaga laboratorium yang belum terampil.

3.1.1. Hukum Dasar

Hukum dasar pada SSA ialah “Hukum Lambert-Beer”.

• Hukum Lambert

“ Bila suatu sumber sinar monokromatik melewati medium transparan, maka
intensitas sinar yang diteruskan berkurang dengan bertambahnya ketebalan medium yang mengabsorpsi.”
Hukum ini menyatakan bahwa bila cahaya monokromatik melewati medium tembus cahaya, laju berkurangnya intensitas oleh bertambahnya ketebalan, berbanding lurus dengan intensitas cahaya. Ini setara dengan menyatakan bahwa intensitas cahaya yang dipancarkan berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya ketebalan medium yang menyerap. Atau dengan menyatakan bahwa lapisan manapun dari medium itu yang tebalnya sama akan menyerap cahaya masuk kepadanya dengan fraksi yang sama.

• Hukum Beer

“ Intensitas sinar yang diteruskan berkurang secara eksponensial dengan
bertambahnya konsentrasi spesi yang menyerap sinar tersebut “
Sejauh ini telah dibahas absorbsi cahaya dan transmisi cahaya untuk cahaya monokromatik sebagai fungsi ketebalan lapisan penyerap saja. Tetapi dalam analisis kuantitatif orang terutama berurusan dengan larutan. Beer mengkaji efek konsentrasi penyusun yang berwarna dalam larutan, terhadap transmisi maupun absorbsi cahaya. Dijumpainya hubungan yang sama antara transmisi dan konsentrasi seperti yang ditemukan Lambert antara transmisi dan ketebalan lapisan, yakni intensitas berkas cahaya monokromatik berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya konsentrasi zat penyerap secara linier.
Dari kedua hukum tersebut diperoleh suatu persamaan:
“Hukum Lambert-Beer”

Dimana :

 A = Absorbansi

I0= intensitas sinar mula-mula

It= Intensitas sinar yang diteruskan

a = Absortivitas

b = Panjang jalan sinar

c = Konsentrasi atom yang mengabsorpsi sinar

Baik hukum Lambert maupun hukum Beer harus dilakukan pada sinar yang monokromatis. (Day & Underwood, 1989)

3.1.2. Prinsip Dasar

Prinsip kerja SSA adalah Penyerapan sinar dari sumbernya oleh atom-atom yang di bebaskan oleh nyala dengan panjang gelombang tertentu. Secara lebih rinci dapat dijabarkan sebagai berikut :
Sampel analisis berupa liquid dihembuskan ke dalam nyala api burner dengan bantuan gas bakar yang digabungkan bersama oksidan ( bertujuan untuk menaikkan temperatur ) sehingga dihasilkan kabut halus. Atom-atom keadaan dasar yang berbentuk dalam kabut dilewatkan pada sinar dan panjang gelombang yang khas. Sinar sebagian diserap, yang disebut absorbansi dan sinar yang diteruskan emisi. Penyerapan yang terjadi berbanding lurus dengan banyaknya atom keadaan dasar yang berada dalam nyala.
Pada kurva absorpsi, terukur besarnya sinar yang diserap, sdangkan kurva emisi, terukur intensitas sinar yang dipancarkan.
Sampel yang akan diselidiki ketika dihembus ke dalam nyala terjadi peristiwa berikut secara berurutan dengan cepat :

1. Pengisatan pelarut yang meninggalkan residu padat

.
2. Penguapan zat padat dengan disosiasi menjadi atom-atom penyusunnya, yang mula-mula akan berada dalam keadaan dasar.

3. Atom-atom tereksitasi oleh energi termal (dari) nyala ketingkatan energi lebih tinggi.

3.1.3. Bagian – Bagian SSA

Bagian-bagian penting dari alat SSA adalah sumber radiasi resonansi, sumber atomisasi , monokromator dan detector.

3.1.3.1 Sumber Sinar (Sumber Radiasi Resonansi )

Dalam SSA, sebagai sumber radiasi resonansi digunakan lampu katoda berongga (hollow cathode lamp = HCL) yang mengeluarkan radiasi resonansi dari
unsur yang dianalisis. Hollow Cathode Lamp akan memancarkan energi radiasi yang sesuai dengan energi yang diperlukan untuk transisi elektron atom.
Hollow Cathode Lamp terdiri dari katoda cekung yang silindris yang terbuat dari unsur yang sama dengan yang akan dianalisis dan anoda yang terbuat dari tungsten. Dengan pemberian tegangan pada arus tertentu, logam mulai memijar dan atom-atom logam katodanya akan teruapkan dengan pemercikan. Atom akan tereksitasi kemudian mengemisikan radiasi pada panjang gelombang tertentu (khopkar,1990). Dan secara jelas dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Skema Lampu katoda Cekung
Saat katode dan anode diberi tegangan, maka arus listrik yang terjadi menyebabkan katoda melepaskan elektron-elektron berenergi dan berkecapatan tinggi. Elektron akan ditarik oleh anoda, elektron-elektron tersebut akan bertumbukan dengan gas inert (misal He terionisasi menjadi He+). He+ akan ditarik oleh katoda berongga dan akan mengalami tumbukan. Atom-atom analit akan mengalami eksitasi, lalu akan melepas energi yang diserap yang berupa emisi radiasi. Radiasi dilewatkan melalui populasi atom yang berada di dalam nyala. Isi gas inert tidak banyak agar terjadi tumbukan ionisasi dan energi yang ke katoda berkurang yang memungkinkan terjadinya eksitasi elektron analit oleh ion positif gas inert.
Berkas sinar yang dipancarkan oleh sumber radiasi resonansi harus dimodulasi oleh modulator untuk menghilangkan gangguan yang datangnya dari nyala yang mengandung atom-atom unsur sampel.
Sumber radiasi lain yang sering dipakai adalah “ Electrodless Discharge Lamp” Lampu ini mempunyai prinsip kerja hampir sama seperti Hollow Cathode Lamp ( Lampu Katoda Cekung), tetapi mempunyai output radiasi lebih tinggi dan biasanya digunakan untuk analisis unsur-unsur As dan Se, karena lampu HCL untuk unsur-unsur ini mempunyai sinyal lemah dan tidak stabil yang bentuknya dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Electrodless Discharge Lamp

3.1.3.2. Sumber Atomisasi

Sumber atomisasi dibagi menjadi dua yaitu sistem nyala dan sistem tanpa nyala. Kebanyakan instrument sumber atomisasinya adalah nyala dan sampel di introduksikan dalam bentuk larutan. Sampel masuk ke nyala dalam bentuk aerosol. Aerosol biasa dihasilkan oleh nebulizer (pengabut) yang dihubungkan ke nyala oleh ruang penyemprot( chamber spray). Jenis nyala yang digunakan secara luas untuk pengukuran analitik adalah udara-asetilen dan nitrous oksida-asetilen. Dengan kedua jenis nyala ini, kondisi analisis yang sesuai untuk kebanyakan analit dapat ditentukan dengan menggunakan metode-metode emisi, absorbasi dan juga flourosensi.

Dalam SSA ada beberapa metode atomisasi yang digunakan :

1. 1. Atomisasi dengan nyala (Flame SSA)

Teknik ini menggunakan nyala sebagai sel tempat cuplikan. Cuplikan dalam bentuk larutan disemprotkan ke dalam nyala pembakar bercampur dengan gas bahan bakar dan gas pengoksidasi. Dalam nyala cuplikan mengalami beberapa proses yaitu penguapan pelarut meninggalkan butiran-butiran padatan yang kemudian langsung terurai menjadi atom-atomnya atau berubah terlebih dahulu menjadi uap dan kemudian terurai, dan atom-atom energi cahaya dari sumber cahaya dan tereksitasi ke tingkat energi lebih tinggi.

Pada SSA nyala keberhasilan proses pengatoman bergantung pada suhu nyala yang digunakan :

1. Nyala udara-asetilen (air-asetylena flame). Menghasilkan suhu maksimum 2300⁰C
2. Nyala N₂O-asetilen (N₂O-asetylena flame). Menghasilkan suhu maksimum 3000⁰C ,digunakan untuk senyawa refraktori yaitu senyawa yang sukar diuraikan.
3. Nyala udara-propana menghasilkan suhu maksimum 1800⁰C.

Selain menggunakan campuran-campuran gas tersebut, ada juga jenis nyala yang disebut nyala udara terbawa (entrained air flames). Jenis nyala ini hanya digunakan untuk keperluan khusus seperti pada teknik generasi. Penguapan (vapor generation). Gas bahan bakar yang digunakan adalah gas hydrogen yang diencerkan oleh gas inert seperti nitrogen atau argon.

1. 2. Generasi Hidrida (Hydride Generation Methode)

Beberapa logam dapat membentuk hidrida yang mudah menguap. Dengan cara pembentukan hidrida proses penguapan dapat dilakukan pada suhu rendah atau suhu kamar. Teknik SSA generasi hidrida dapat diterapkan untuk beberapa macam logam yaitu : As, Sb, Se, Sn, Te, Bi. Hidrida dibentuk dengan cara mereaksikan cuplikan dengan natrium borohidrida (NaBH₄) atau dilakukan dengan memberikan reduktor dari KI dan SnCl_2, ditambah Zn dan asam kuat. Kemudian hidrida logam yang terbentuk dialirkan ke sel gas panas menggunakan aliran argon/nitrogen dan dialirkan ke dalam sel gas di atas nyala Ar-H_2­ atau udara-asitilena.Selanjutnya akan teratomisasi menjadi atom-atom bebas.

Untuk unsur Arsen (As), biasanya terdapat dalam tingkat oksidasi +3 dan +5. Kepekaan As³⁺ lebih tinggi daripada As⁵⁺ jika menggunakan metode hidrida. Oleh karena itu sebelum analisis, As⁵⁺ harus direduksi terlebih dahulu menjadi As³⁺ menggunakan reduktor seperti KI, SnCl₂ atau NaBH₄. Berikut ini reaksi penentuan Arsen dengan metode Spektrofotometri Serapan Atom :

As⁵⁺ +  BH₄^- As³⁺

As³⁺ +  BH₄^- AsH₃ As

1. 3. SSA Tungku Grafit (Graphite Furnace)

SSA nyala memberikan kemudahan dalam pengoprasian alat dengan ketelitian dan kepekaan yang cukup tinggi tetapi mempunyai kelemahan dalam penggunaan nyala yaitu efesiensi pengatoman rendah, penggunaan gas mempertinggi biaya oprasional, kemungkinan bahaya ledakan dan memerlukan cuplikan dalam jumlah cukup banyak. Untuk mengatasi hal-hal tersebut, dikembangkan teknik tanpa nyala menggunakan tungku grafit sebagai pengganti nyala yang mempunyai efesiensi atomisasi 90% dibanding nyala efesiensi atomisasi 10%.

Tungku grafit yang digunakan berupa tabung silinder tersebut dari grafit terkompresi dengan atau tanpa pelapisan grafit pirolitik. Tungku dipanaskan dengan listrik yang dapat diatur suhunya sesuai kebutuhan. Tungku ini dihubungkan dengan platform L’vov untuk memasukkan gas inert ke dalam tabung yang berguna untuk mencegah oksidasi tabung grafit selama proses pemanasan.

Tahapan proses yang terjadi dalam tungku adalah penguapan pelarut (100⁰C-200⁰C), pengabuan bahan organic (600⁰C-1000⁰C), setelah langkah ini gas inert dialirkan dan kemudian logam diuapkan (1500⁰C-3000⁰C) dan absorbansinya diukur. Suatu modifier dapat ditambahkan untuk mencegah hilangnya analit.

4.  Atomisasi dengan Metode Penguapan (Vapour Generation methode)

Metode atomisasi ini memberikan sensitivitas yang lebih tinggi dari pada metode atomisasi di atas, metode meliputi           :

• o Metode Penguapan Merkuri ( Mercuri Generation Methode )

Khusus untuk atomisasi merkuri (Hg), atom – atom Hg  yang ada di dalam sampel sebagai ion positif, direduksi menjadi netral dan akan menguap sebagai atom-atom bebas pada suhu normal. Sebagai reduktor dapat digunakan SnCl₂ 20% atau NaHB₄ dalam HCl 10%. Reaksi penentuan Hg dengan metode ini adalah:

Hg⁺ + BH₄^- HgH                Hg⁰

Kemudian uap (gas) atom – atom Hg bersama – sama gas inert (N₂ atau Ar) dialirkan melalui sel gas.

• Ada 4 metode dalam menguapkan Hg yaitu :

1. Reduksi – Aerasi    : Hg dalam larutan air direduksi dan kemudian dikeluarkan dari larutan dengan cara mengalirkan gelembung gas.
1. Pemanasan                                    :   Cuplikan dipirolisis atau dibakar.
2. Amalgamasi Elektrolitik   : Hg dilapiskan pada katode Cu selama elektrolisis. Katoda kemudian dipanaskan untuk membebaskan Hg.
3. Amalgasi Langsung          : Hg dikumpulkan pada kawat Ag atau Cu    yang kemudian dibebaskan dengan pemanasan. Metode ini dapat digabung dengan 1 dan 2 sebagai metode konsentrasi.

3.1.3.3. sistem Pengabut

Sistem Pengabut terdiri dari 3 komponen yaitu : pengabut (nebulizer), ruang semprot (spray chamber), dan pembakar (burner).

1. Pengabut (nebulizer)

Sistem berfungsi mengubah larutan menjadi butir-butir kabur. Pengabut yang digunakan adalah tipe pneumatic dimana gas dialirkan melalui lubang mulut (orifice) dan menyebabkan udara menjadi vakum dan menarik larutan melalui kapiler.

2. Ruang Semprot (spray chamber)

Ruang semprot berfungsi untuk memisahkan partikel-partikel besar dan kecil. Partikel kecil ini kemudian dikirim ke pembakar. Jika partikel besar yang masuk ke pembakar maka temperatur nyala akan berkurang, karena partikel besar tidak dapat diuapkan dengan cepat. Untuk mendapat kepekaan optimal, ukuran partikel yang masuk kepembakar harus < 10µm.

3. Burner

Burner merupakan bagian paling terpenting di dalam main unit, karena burner berfungsi sebagai tempat pancampuran gas asetilen, dan aquabides, agar tercampur merata, dan dapat terbakar pada pemantik api secara baik dan merata. Lobang yang berada pada burner, merupakan lobang pematik api, dimana pada lobang inilah awal dari proses pengatomisasian nyala api.

Perawatan burner yaitu setelah selesai pengukuran dilakukan, selang aspirator dimasukkan ke dalam botol yang berisi aquabides selama ±15 menit, hal ini merupakan proses pencucian pada aspirator dan burner setelah selesai pemakaian. Selang aspirator digunakan untuk menghisap atau menyedot larutan sampel dan standar yang akan diuji. Selang aspirator berada pada bagian selang yang berwarna oranye di bagian kanan burner. Sedangkan selang yang kiri, merupakan selang untuk mengalirkan gas asetilen. Logam yang akan diuji merupakan logam yang berupa larutan dan harus dilarutkan terlebih dahulu dengan menggunakan larutan asam nitrat pekat. Logam yang berada di dalam larutan, akan mengalami eksitasi dari energi rendah ke energi tinggi.

Nilai eksitasi dari setiap logam memiliki nilai yang berbeda-beda. Warna api yang dihasilkan berbeda-beda bergantung pada tingkat konsentrasi logam yang diukur. Bila warna api merah, maka menandakan bahwa terlalu banyaknya gas. Dan warna api paling biru, merupakan warna api yang paling baik, dan paling panas.

4. Sistem Monokromator dan Detektor

Sistem monokromator berfungsi untuk memilih-milih atau memisahkan fraksi radiasi yang diteruskan dari radiasi lainnya setelah radiasi resonansi dari lampu katoda berongga. Intensitas radiasi yang diteruskan kemudian diubah menjadi energi listrik oleh “photo multiplier” atau PMT dan selanjutnya diukur oleh detektor dan dicatat oleh alat pencatat berupa rekorder, printer.

Bagian-bagian alat yang terpisah dengan main unit SSA diantarnya:

1. Tabung Gas

Tabung gas pada AAS yang digunakan merupakan tabung gas yang berisi gas asetilen. Gas asetilen pada AAS memiliki kisaran suhu ± 20.000K, dan ada juga tabung gas yang berisi gas N₂O yang lebih panas dari gas asetilen, dengan kisaran suhu ± 30.000K. Regulator pada tabung gas asetilen berfungsi untuk pengaturan banyaknya gas yang akan dikeluarkan, dan gas yang berada di dalam tabung. Spedometer pada bagian kanan regulator merupakan pengatur tekanan yang berada di dalam tabung.

Pengujian untuk pendeteksian bocor atau tidaknya tabung gas tersebut, yaitu dengan mendekatkan telinga ke dekat regulator gas dan diberi sedikit air, untuk pengecekkan. Bila terdengar suara atau udara, maka menendakan bahwa tabung gas bocor, dan ada gas yang keluar. Hal lainnya yang bisa dilakukan yaitu dengan memberikan sedikit air sabun pada bagian atas regulator dan dilihat apakah ada gelembung udara yang terbentuk. Bila ada, maka tabung gas tersebut positif bocor. Sebaiknya pengecekkan kebocoran, jangan menggunakan minyak, karena minyak akan dapat menyebabkan saluran gas tersumbat. Gas didalam tabung dapat keluar karena disebabkan di dalam tabung pada bagian dasar tabung berisi aseton yang dapat membuat gas akan mudah keluar, selain gas juga memiliki tekanan.

1. Ducting

Ducting merupakan bagian cerobong asap untuk menyedot asap atau sisa pembakaran pada AAS, yang langsung dihubungkan pada cerobong asap bagian luar pada atap bangunan, agar asap yang dihasilkan oleh AAS, tidak berbahaya bagi lingkungan sekitar. Asap yang dihasilkan dari pembakaran pada AAS, diolah sedemikian rupa di dalam ducting, agar polusi yang dihasilkan tidak berbahaya.

Cara pemeliharaan ducting, yaitu dengan menutup bagian ducting secara horizontal, agar bagian atas dapat tertutup rapat, sehingga tidak akan ada serangga atau binatang lainnya yang dapat masuk ke dalam ducting. Karena bila ada serangga atau binatang lainnya yang masuk ke dalam ducting , maka dapat menyebabkan ducting tersumbat.

Penggunaan ducting yaitu, menekan bagian kecil pada ducting kearah miring, karena bila lurus secara horizontal, menandakan ducting tertutup. Ducting berfungsi untuk menghisap hasil pembakaran yang terjadi pada AAS, dan mengeluarkannya melalui cerobong asap yang terhubung dengan ducting

1. Kompresor

Kompresor merupakan alat yang terpisah dengan main unit, karena alat ini berfungsi untuk mensuplai kebutuhan udara yang akan digunakan oleh AAS, pada waktu pembakaran atom. Kompresor memiliki 3 tombol pengatur tekanan, dimana pada bagian yang kotak hitam merupakan tombol ON-OFF, spedo pada bagian tengah merupakan besar kecilnya udara yang akan dikeluarkan, atau berfungsi sebagai pengatur tekanan, sedangkan tombol yang kanan merupakantombol pengaturan untuk mengatur banyak/sedikitnya udara yang akan disemprotkan ke burner. Bagian pada belakang kompresor digunakan sebagai tempat penyimpanan udara setelah usai penggunaan AAS.

Alat ini berfungsi untuk menyaring udara dari luar, agar bersih.posisi ke kanan, merupakan posisi terbuka, dan posisi ke kiri merupakan posisi tertutup. Uap air yang dikeluarkan, akan memercik kencang dan dapat mengakibatkan lantai sekitar menjadi basah, oleh karena itu sebaiknya pada saat menekan ke kanan bagian ini, sebaiknya ditampung dengan lap, agar lantai tidak menjadi basah dan uap air akan terserap ke lap.

1. Buangan pada AAS

Buangan pada AAS disimpan di dalam drigen dan diletakkan terpisah pada AAS. Buangan dihubungkan dengan selang buangan yang dibuat melingkar sedemikian rupa, agar sisa buangan sebelumnya tidak naik lagi ke atas, karena bila hal ini terjadi dapat mematikan proses pengatomisasian nyala api pada saat pengukuran sampel, sehingga kurva yang dihasilkan akan terlihat buruk. Tempat wadah buangan (drigen) ditempatkan pada papan yang juga dilengkapi dengan lampu indicator. Bila lampu indicator menyala, menandakan bahwa alat AAS atau api pada proses pengatomisasian menyala, dan sedang berlangsungnya proses pengatomisasian nyala api. Selain itu, papan tersebut juga berfungsi agar tempat atau wadah buangan tidak tersenggol kaki. Bila buangan sudah penuh, isi di dalam wadah jangan dibuat kosong, tetapi disisakan sedikit, agar tidak kering.

3.1.4 Teknik-teknik analisis

Dalam analisis secara spektrofotometri teknik yang biasa dipergunakan antara lain

1.Metode Standar Tunggal

Metode ini sangat praktis karena hanya menggunakan satu larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya (Cstd). Selanjutnya absorbsi larutan standar (Asta) dan absorbsi larutan sampel (Asmp) diukur dengan spektrometri. Dari hukum Beer diperoleh:

Astd=ɛ. B. Cstd Asmp=ɛ. B.Csmp

ɛ.B = Astd/Cstd ɛ.B = Asmp/Csmp

sehingga :

Astd/Cstd = Csmp/Asmp ->  Csmp = (Asmp/Astd) x Cstd

Dengan mengukur absorbansi larutan sampel dan standar, konsentrasi larutan sampeldapat dihitung.

1. Metode kurva kalibrasi

Dalam metoda kurva kalibrasi ini, dibuat seri larutan standar dengan berbagai konsentrasi dan absorbansi dari larutan tersebut di ukur dengan masih SSA. Selanjutnyamembuat grafik antara konsentrasi (C) dengan absorbansi (A) yang akan merupakan garis lurus melewati titik nol dengan slope= ɛ. B atau slope =a.b, konsentrasi larutan sampel diukur dan di intropolasi ke dalam kurva kalibrasi atau dimasukan ke dalam persamaan regresi linear pada kurva kalibrasi seperti yang ditunjukan pada gambar

  

2. Metode adisi standar

Metode ini dipakai secara luas karena mampu meminimalkan kesalahan yang disebabkan oleh perbedaan kondisi lingkungan (matriks) sampel dan standar. Dalam metode ini dua atau lebih sejumlah volume tertentu dari sampel dipindahkan ke dalam labu takar. Satu larutan diencerkan sampai volume tertentu kemudiaan larutan yang lain sebelum diukur absorbansinya ditambah terlebih dahulu dengan sejumlah larutan standar tertentu dan diencerkan seperti pada larutan yang pertama. Menurut hukum Beer akan berlaku hal-hal berikut:

Ax = k.Ck                         AT = k(Cs+Cx)

Dimana:

Cx         = konsentrasi zat sampel

Cs         = konsentrasi zat standar yang ditambahkan ke larutan sampel

Ax          = absorbansi zat sampel (tanpa penambahan zat standar)

AT         = absorbansi zat sampel + zat standar

Jika kedua rumus digabung maka akan diperoleh Cx = Cs + {Ax/(AT-Ax)}

Konsentrasi zat dalam sampel (Cx) dapat dihitung dengan mengukur Ax dan AT dengan spektrometri. Jika dibuat suatu seri penambahan zat standar dapat pula dibuat grafik antara AT lawan Cs garis lurus yang diperoleh dari ekstrapolasi ke AT = 0, sehingga diperoleh:

Cx = Cs x {Ax/(0-Ax)} ; Cx = Cs x (Ax/-Ax)

Cx = Cs x (-1) atau Cx = -Cs

Salah satu penggunaan dari alat spektrofotometri serapan atom adalah untuk metode pengambilan sampel dan analisis kandungan logam Pb di udara. Secara umum pertikulat yang terdapat diudara adalah sebuah sistem fase multi kompleks padatan dan partikel-partikel cair dengan tekanan uap rendah dengan ukuran partikel antara 0,01 – 100 μm.

3.1.5.   Gangguan – gangguan (Interference)

Gangguan-gangguan diklasifikasi sebagai suatu proses yang menyebabkan kesalahan pengukuran. Terdapat dua macam gangguan yaitu :

1. a. Gangguan Spektrum (Spectral Interference)

Gangguan sinar emisi. Di dalam bagian atomizer selain terbentuk atom yang stabil terjadi juga atom yang tereksitasi dan dapat menghasilkan sinar emisi dengan panjang gelombang yang sama dengan sinar katoda, sehingga tidak dapat dipisahkan oleh monokromator. Hal ini dapat menambah sinar yang ditransmisikan dan akan memperkecil kadar. Gangguan ini dapat diatasi dengan modulator. Ada 2 sistem modulasi yaitu : Chopper (mechanicaly modulation) dan Voltage (electric modulation).

Meskipun gangguan ini sangat sederhana, tetapi gangguan ini dapat mengakibatkan tumpangsuh panjang gelombang  (Line Overlap), misalnya seperti terlihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 1. Gangguan Spektrum terhadap Panjang Gelombang.

Unsur	Panjang Gelombang	Unsur Pengganggu	Panjang Gelombang
Al	308,33	V	308,21
Cu	324,75	Eu	324,76
Fe	271,90	Pt	271,9
Ga	403,30	Mn	403,31
Hg	253,65	Co	253,65
Mn	403,31	Ga	403,30
Sr	250,69	V	250,69

Bentuk lain dari gangguan spektrum :

1. Berkas sinar yang dipancarkan oleh lampu katode berongga tidak diserap atau absorban menjadi lebih kecil dari yang seharusnya.
2. Berkas sinar katode menyimpang.
3. Terjadinya penyerapan bukan atom, misalnya penyerapan molekul.

1. b. Gangguan Kimiawi (Chemical Interference) terdiri dari :
1. 1. Pengaruh matrik (Matriks Effect)

Gangguan-gangguan kimiawi dapat mempengaruhi jumlah atom bebas yang mencapai sinar (optical path) untuk diserap. Fakto-faktor seperti adanya cuplikan yang mengendap akan mempengaruhi proses masuknya cuplikan kedalam nebulizer, dan juga sifat fisik larutan seperti kekentalan, tegangan permukaan,  pH, tekanan uap pelarut dan berat jenis.

1. 2. Pembentukan senyawa yang stabil

Pembentukan senyawa yang stabil mengakibatkan banyak gangguan dalam SSA. Hal tersebut terjadi karena unsur membentuk senyawa yang stabil dengan unsur-unsur yang terdapat di dalam matriksnya, misalnya : posfat, aluminat, silikat, atau dengan unsur lain yang terdaoat dalam nyala seperti : Alumunium, Vanadium, Boron yng membentuk oksida-oksida refaraktori yang tidak pecah pada nyala udara N₂O-asetilen. Oksida-oksida refraktori ini akan pecah jika menggunakan nyala N₂O-asetilen, dengan menambahkan Lanthanum atau Stronsium yang dapat mencegah terbentuknya senyawa refraktori, dimana Lanthanum tersebut bertindak sebagai Releasing Agent.

1. 3. Terjadinya ionisasi

Nyala udara-asetilen atau  N₂O-asetilen dapat menyebabkan analit terionisasi, untuk mencegah hal ini dapat ditambahkan unsur-unsur yang mudah terionisasi seperti K, Na, dan Ce sekitar 4000 ppm yang akan menghasilkan elektron berlebih pada nyala, sehingga mencegah terjadinya ionisasi analit.

1. 4. Pengaruh adanya anion
2. 5. Terjadinya penyerapan bukan atom (non- atomic absorption).

3.1.5. Pengaturan alat

1. a. Pemilihan Panjang Gelombang

Sebagian unsur dapat dianalisi pada lebih dari satu panjang gelombang. Oleh karena itu, pada saat analisis harus dipilih panjang gelombang dengan absorban yang maksimum.

Pemilihan panjang gelombang didasarkan pada unsur yang akan di analisis dalam sampel, misalnya pada penentuan kadar Kalium yang panjang gelombangnya ada tiga jenis, maka pemilihan panjang gelombang tersebut didasarkan pada perkiraan kadar Kalium yang terdapat dalam sampel. Table di bawah menunjukan panjang gelombang yang dapat digunakan dalam penetuan Kalium.

Tabel Daerah Optimal Kerja Unsur Kalium

Panjang Gelombang (nm)	Daerah Optimal Kerja (µg/mL)
766.5	0.4 – 1.5
769.5	1.1 – 4.4
404.4	145 – 580

b.   Pengaturan Arus Lampu

Pada umumnya, spesifikasi tiap lampu dicantumkan dalam sertifikat.

c.   Pengaturan Slite

Pengaturan slite berdasarkan analisis yang dicantumkan dalam sertifikat. Pada sebagian alat yang menggunakan program computer, biasanya pengaturan alat telah ditentukan.

d.   Pengaturan Pengabut (Nebulizer) dan Pembakar (Burner)

Tujuan dari pengaturan kembali pembakar yaitu untuk menempatkan posisi optimal nyala dalam sumber sinar.

3.1.6    Keunggulan dan Kekurangan SSA :

A. Keunggulan            :

1. Selektivitas dan kepekaan tinggi, karena dapat menentukan unsur dengan kadar ppm hingga ppb.
2. Cepat dan pengerjaannya relatif sederhana.
3. Tidak diperlukan pemisahan unsur logam.

B. Kekurangan            :

1. Analisis tidak simultan.
2. Larutan cuplikan harus berbentuk larutan siap ukur dan cukup encer.
3. Keterbatasan jenis lampu katoda karena harganya yang sangat mahal.

Prinsip Dasar

Spektrofotometer serapan atom (AAS) merupakan teknik analisis kuantitafif dari unsur-unsur yang pemakainnya sangat luas di berbagai bidang karena prosedurnya selektif, spesifik, biaya analisisnya relatif murah, sensitivitasnya tinggi (ppm-ppb), dapat dengan mudah membuat matriks yang sesuai dengan standar, waktu analisis sangat cepat dan mudah dilakukan. AAS pada umumnya digunakan untuk analisa unsur, spektrofotometer absorpsi atom juga dikenal sistem single beam dan double beam layaknya Spektrofotometer UV-VIS. Sebelumnya dikenal fotometer nyala yang hanya dapat menganalisis unsur yang dapat memancarkan sinar terutama unsur golongan IA dan IIA. Umumnya lampu yang digunakan adalah lampu katoda cekung yang mana penggunaanya hanya untuk analisis satu unsur saja.
Metode AAS berprinsip pada absorbsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Metode serapan atom hanya tergantung pada perbandingan dan tidak bergantung pada temperatur. Setiap alat AAS terdiri atas tiga komponen yaitu unit teratomisasi, sumber radiasi, sistem pengukur fotometerik.
Teknik AAS menjadi alat yang canggih dalam analisis. Ini disebabkan karena sebelum pengukuran tidak selalu memerlukan pemisahan unsur yang ditentukan karena kemungkinan penentuan satu unsur dengan kehadiran unsur lain dapat dilakukan, asalkan katoda berongga yang diperlukan tersedia. AAS dapat digunakan untuk mengukur logam sebanyak 61 logam.
Sumber cahaya pada AAS adalah sumber cahaya dari lampu katoda yang berasal dari elemen yang sedang diukur kemudian dilewatkan ke dalam nyala api yang berisi sampel yang telah teratomisasi, kemudia radiasi tersebut diteruskan ke detektor melalui monokromator. Chopper digunakan untuk membedakan radiasi yang berasal dari sumber radiasi, dan radiasi yang berasal dari nyala api. Detektor akan menolak arah searah arus (DC) dari emisi nyala dan hanya mengukur arus bolak-balik dari sumber radiasi atau sampel.
Atom dari suatu unsur pada keadaan dasar akan dikenai radiasi maka atom tersebut akan menyerap energi dan mengakibatkan elektron pada kulit terluar naik ke tingkat energi yang lebih tinggi atau tereksitasi. Jika suatu atom diberi energi, maka energi tersebut akan mempercepat gerakan elektron sehingga
elektron tersebut akan tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi dan dapat kembali ke keadaan semula. Atom-atom dari sampel akan menyerap sebagian sinar yang dipancarkan oleh sumber cahaya. Penyerapan energi oleh atom terjadi pada panjang gelombang tertentu sesuai dengan energi yang dibutuhkan oleh atom tersebut.

Cara Kerja AAS :

 

1. pertama-tama gas di buka terlebih dahulu, kemudian kompresor, lalu ducting, main unit, dan komputer secara berurutan.

2. Di buka program SAA (Spectrum Analyse Specialist), kemudian muncul perintah ”apakah ingin mengganti lampu katoda, jika ingin mengganti klik Yes dan jika tidak No

.
3. Dipilih yes untuk masuk ke menu individual command, dimasukkan nomor lampu katoda yang dipasang ke dalam kotak dialog, kemudian diklik setup, kemudian soket lampu katoda akan berputar menuju posisi paling atas supaya lampu katoda yang baru dapat diganti atau ditambahkan dengan mudah.

4. Dipilih No jika tidak ingin mengganti lampu katoda yang baru.
5. Pada program SAS 3.0, dipilih menu select element and working mode.Dipilih unsur yang akan dianalisis dengan mengklik langsung pada symbol unsur yang diinginkan

6. Jika telah selesai klik ok, kemudian muncul tampilan condition settings. Diatur parameter yang dianalisis dengan mensetting fuel flow :1,2 ; measurement; concentration ; number of sample: 2 ; unit concentration : ppm ; number of standard : 3 ; standard list : 1 ppm, 3 ppm, 9 ppm.
7. Diklik ok and setup, ditunggu hingga selesai warming up.

8. Diklik icon bergambar burner/ pembakar, setelah pembakar dan lampu menyala alat siap digunakan untuk mengukur logam.

9. Pada menu measurements pilih measure sample.
10. Dimasukkan blanko, didiamkan hingga garis lurus terbentuk, kemudian dipindahkan ke standar 1 ppm hingga data keluar.

11. Dimasukkan blanko untuk meluruskan kurva, diukur dengan tahapan yang sama untuk standar 3 ppm dan 9 ppm.

12. Jika data kurang baik akan ada perintah untuk pengukuran ulang, dilakukan pengukuran blanko, hingga kurva yang dihasilkan turun dan lurus.

13. Dimasukkan ke sampel 1 hingga kurva naik dan belok baru dilakukan pengukuran.

14. Dimasukkan blanko kembali dan dilakukan pengukuran sampel ke 2.

15. Setelah pengukuran selesai, data dapat diperoleh dengan mengklik icon print atau pada baris menu dengan mengklik file lalu print.

16. Apabila pengukuran telah selesai, aspirasikan air deionisasi untuk membilas burner selama 10 menit, api dan lampu burner dimatikan, program pada komputer dimatikan, lalu main unit AAS, kemudian kompresor, setelah itu ducting dan terakhir gas.

Posted by zahirrazuka in Uncategorized December 28, 2010