Dasar Teori :
A. Pengertian Fotometer Nyala (Flame Fotometer) Fotometer nyala adalah alat yang digunakan dalam analisis kimia anorganik untuk menentukan konsentrasi ion logam tertentu, di antaranya natrium, kalium, lithium, dan kalsium. Fotometri nyala adalah suatu metoda analisa yang berdasarkan pada pengukuran besaran emisi sinar monokromatis spesifik pada panjang gelombang tertentu yang di pancarkan oleh suatu logam alkali atau alkali tanah pada saat berpijar dalam keadaan nyala dimana besaran ini merupakan fungsi dari konsentrasi dari komponen logam tersebut. Misalkan logam natrium menghasilkan pijaran warna kuning, kalium memancarkan warna ungu sedangkan litium memancarkan sinar merah bila dibakar dalam nyala. Hal inila telah dimanfaatkan untuk maksud identifikasi unsur alkali tersebut. Besaran intensitas sinar pancaran ini ternyata sebanding dengan tingkat kandungan unsur dalam larutan, sehingga metoda flame fotometer digunakan untuk tujuan kuantitatif dengan mengukur intensitasnya secara relatif. Metoda ini menggunakan foto sel sebagai detektornya dan pada kondisi yang sama digunakan gas propana atau elpiji sebagai pembakarnya untuk membebaskan air sehingga yang tersisa hanyalah kandungan logam. Flame fotometer memiliki beberapa instrumen yang digunakan untuk tujuan analisa kuantitatif, diantaranya adalah : 1.
Filter flame fotometer
Filter flame fotometer menggunakan filter pada monokromatornya dan analisa terbatas hanya untuk unsur Na, K dan Li. 2.
Spektro flame fotometer
Pada spektro flame fotometer yang berfungsi sebagai monokromatornya adalah pengatur panjang gelombang baik prisma atau kisi difraksi dan digunakan untuk analisa unsur K, Ca, Mg, Sr, Ba, dll. Perbedaan alat ini terletak pada monokromatornya, dimana alat pertama menggunakan filter sebagai monokromatornya dan alat kedua yang berfungsi sebagai monokromatornya adalah pengatur panjang gelombang.
Diantara sumber-sumber yang biasa digunakan dalam spektroskopi emisi nyala, plasma, dan busur listrik. Nyala merupakan sumber yang paling sedikit energinya dan mengeksitasi paling sedikit unsur yaitu sekitar 50 unsur logam. Akan tetapi nyala mempunyai keuntungan yang cukup banyak diantaranya : 1.
Merupakan unsur yang jauh lebih stabil dari pada busur api atau bunga api.
2.
Spektrum emisi suatu unsur didalam nyala relatif sederhana.
3.
Spektrum yang sederhana membuat beban yang jauh lebih ringan pada daya
B. Beberapa metoda yang dilakukan untuk analisa secara flame fotometri : 1. Cara intensitas langsung (Direct Intensity Method) Sampel yang ada langsung diukur kemudian dapat langsung terbaca nilai emisinya. 2. Cara standar dalam (Internal Standard Method) Sampel langsung ditambahkan dengan lar standar baru kemudian diukur dan didapatkan nilai emisinya 3. Cara adisi standar atau cara penambahan standar. Hampir sama dengan cara kedua tetapi larutan standar yang ditambahkan berbeda-beda konsentrasinya, sampelnya tetap sama hanya konsentrasi larutan standar yang ditambahkan yang berbeda-beda.
Prinsip Kerja Filter Fotometer Nyala Prinsip kerja filter fotometer nyala adalah eksitasi atom. Oleh karenasetiap atom memiliki konfigurasi elektron yang berbeda, maka energi yang dibutuhkan setiap atom untuk tereksitasi juga berbeda.Besarnya energi yang digarap oleh atom-atom kemudian yangdibebasakan kembali dalam bentuk pancaran (emisi), inilah yang disebut dengan prinsip kerja dari alat ini. Semua atom dapat menyerap energi (kalor), namunkalor ini disesuaikan dengan tingkat energi eksitasi agar tidak terjadi ionisasi.Contoh : atom Na menyerap energi dari nyala sebesar 2,2 elektron volt. Energi inisesuai dengan energi eksitasi atom Na. Atom-atom yang lain tidak akan bisamenyerap energi yang sama dengan atom Na
Masalah Pada Flame fotometer Beberapa masalah yang ditemui dalam analisa kuantitatif secara flame fotometri : a.
Radiasi dari unsure
Jika terdapat garis spektrum yang berdekatan dengan garis spectrum logam yang ditentukan sehingga memungkinkan terjadinya interferensi. b.
Penambahan kation
Dalam nyala tinggi,beberapa atom logam mungkin terionisasi,misalnya : Na↔ Na + e Ion tersebut mempunyai spektrum emisi tersendiri dengan frekuensi- frekuensi yang berbeda dari atomnya sehingga akan mengurangi tenaga radiasi dari emisi atomnya. c.
Interferensi anion
Pada percobaan ini dilakukan penentuan kadar logam natrium dan kalium dengan cara pengukuran intensitas nyala masing-masing logam alkali tersebut. Karena intensitas nyala merupakan fungsi dari konsentrasi atau kadar unsur dalam sampel.
GANGGUAN – GANGGUAN DALAM FOTOMETRI NYALA Cara intensitas langsung untuk analisa fotometri langsung akan memberikan hasil yang baik hanya apabila tidak ada gangguan – gangguan yang dapat mempengaruhi intensitas pancaran sedemikian rupa sehingga nilai intensitas yang dibaca akan lebih rendah atau lebih tinggi daripada nilai intensitas yang sesuai dengan konsentrasi unsur. Apabila terdapat gangguan-gangguan tersebut maka analisa tidak dilakukan secara intensitas langsung melainkan dengan salah satu cara dari kedua cara yang lain yaitu, cara penambahan standar atau dengan cara standar dalam. Gangguan-gangguan dalam fotometri sumber dan sifatnya dapat dibagi dalam beberapa golongan, antara lain :
a) Gangguan spektral Ialah gangguan yang disebabkan oleh spektrum unsur-unsur lain yang terdapat bersama unsur yang dicari. Gangguan ini dijumpai terutama kalau dipakai filter untuk memperoleh panjang gelombang yang akan diukur intensitasnya. Dengan monokromator seperti prisma dsb. Gangguan ini akan berkurang. Contoh gangguan spektral ini misalnya : Pita jingga dari CaOh mengganggu pengamatan intensitas garis Na pada 590 mu gangguan ini sukar diatasi walaupun dengan monokromator bukan filter karena Sisitin Ca tumpang suh ( overlap) dengan panjang gelombang Na. Suatu keuntungan adalah bawa kebanyakan garis-garis spektrum yang berguna dalam fotometri nyala terdapat dalam daerah biru dan ultra lembayung, sedang kebanyakan pita spektrum molekul dan spektrum kontinu yang mengganggu terdapt didaerah hijau dan daerah merah spektrum tampak. Gangguan spektral jenis lain disebabkan karena garis unsur pengganggu berimpit dengan garis spektrum unsur yang akan diselidiki. Kedua garis spektrum dapat berimpit (overlap) sebagian saja atau keseluruhan. Intensitas yang dibaca adalah intensitas kedua-duanya, Cara mengatasi gangguan spektral ini dapat dengan memilih panjang gelombang pancaran lain dari unsur lain yang akan dianalisa jika tidak ada dilakukan pemisahan unsur yang dianalisa dari unsur pengganggu dengan pertolongan cara-cara pemisahan seperti ekstraksi pelarut, penukaran ion, pengendapan dll. Gangguan spektral jenis lain adalah intensitas pancaran latar belakang atau background. b) Gangguan karena variasi karena sifat-sifat fisik larutan Gangguan gangguan sifat fisik yang dimaksud antara lain adalah 1.
viskositas ini mempengaruhi kecepatan larutan atau kabut larutan mencapai nyala. Semakin
besar viskositas larutan semakin lambat larutan mencapai nyala, sehingga intensitas yang dibaca lebih kecil dari konsentrasi sebenarnya. 2.
tekanan uap dan tegangan permukaan larutan mempengaruhi ukuran tekanan kabut larutan.
Terutama pada alat-alat filter fotometer nyala, dimana atomizer (pengabut) tidak menjadi satu dengan pembakar. Tetesan tetesan kabut yang besar menyebabkan tetesan tetesan kabut tersebut mencapai nyala, sehingga intensitas yang dibaca lebih kecil daripada intensitas yang sesuai dengan konsentrasi yang dicari. 3.
garam-garam yang ditanmbahkan kedalam larutan yang akan dianalisa secara fotometri akan
memperlambat penguapan pelarut yang akan mengurangi intensitaspancaran sehingga tidak sebanding lagi dengan konsentrasi unsur.
c) Gangguan ionisasi Ionisai akan mengurangi jumlah-jumlah atom netral unsur yang dianalisa. Akibatnya intensitas spektrum atom berkurang sehingga tidak sesuai lagi dengan konsentrasi logam. Gangguan ionisai ini misalnya dapat terjadi kalau logam alkali dan alkali tanah dianalisa dengan nyala yang suhunya terlalu tinggi. d) Gangguan karena absorbsi sendiri Sinar pancaran yang berasal dari atom-atom unsur yang dianalisa dapat diabsorbsi kembali oleh atomatom lain unsur yang sama yang ada dalam nyala, taetapi masih ada dalam keadaan belum tereksitasi. Dengan sendirinya gangguan ini akan menyebabkan intensitas yang yang dipancarkan oleh unsur tersebut, dan yang dibaca pada alat akan lebih rendah dengan yang sesuai dengan konsentrasi unsur ybs. Gejala absorbsi sendiri ini terutama nyata sekali kalu intensitas yang diukur intensitasnya adalah panjang gelombang yang sesuai dengan perpindahan elektron antara tingkat energi dasar ( ground state) dan tingkat energi tereksitasi pertama diatasnya. Gejala absorbsi sendiri ini dapat dihindari dengan menggunakan konsentrasi rendah. e) Gangguan dari anion Intensitas pancara logam akan turun (hingga tidak sesuai lagi dengan konsentrasinya) apabila tercampur dengan asam-asam HNO3, H2SO4, H3PO4 dan atau garam dari asam-asam tersebut dalam jumlah yang besar.
FOTOMETRI NYALA DENGAN CARA STANDAR DALAM
DAN
DENGAN
CARA
PENAMBAHAN
STANDAR Beberapa point yang harus diperhatikan pada cara standar dalam : 1.
Cuplikan
unsur
yang
dianalisa
,maupun
kepada
larutan
standar
ditambahkan jumlah yang sama dari unsur standar dalam. 2.
Unsur standar dalam itu disemprotkan dan diexitasi di dalam nyala
3.
Ditetapkan juga intensitas background pada panjang gelombang yang dipakai
4.
Alurkan grafik log (Ix-Hx)/(Is-Hs)terhadap log konsentrasi larutan standar
unsur
tersebut
5.
Kurva tersebut sebagai kurva kalibrasi yang digunakan mencari konsentrasi lar.X
6.
Larutan X tersebut disemprotkan pada nyala,lalu ditentukan Ix pada panjang gelombangnya.
7.
Dari data no 6.tentukan Log (Ix-Hx)/(Is-Hs)untuk lar X.
Bagian-bagian dari fotometer nyala yaitu : 1.Atomizer Udara pada tekanan tertentu (atm), masuk ke dalam pembungkan cuvet oleh pipa kecil. Hisapan oleh udara menyebabkan larutan contoh terhisap ke dalamruangan pengabut dalam bentuk kabut-kabut yang halus 2.Mixing Chamber Kabut yang berasal dari atomizer masuk ke dalam ruangan pencampur alat pembakar, disini akan bertemu dengan gas pembakar yang masuk dengantekanan tertentu Tahap 1: Energi ultra-tinggi Awal Penurunan tekanan terjadi di seluruh dirancang khusus lubang variable valve control air menghasilkan air jet kecepatan tinggi. Jet air ini, bepergian di sekitar 70 kaki per detik, ditujukan langsung pada, dan melanggar
pada,
polimer
karena
memasuki
pencampuran
dynaBLEND
pencampuran
chamberchamber. Pada titik ini, satu-satunya titik di mana energi tinggi ada dalam ruang pencampuran, polimer melingkar dan tidak rentan terhadap kerusakan. Tahap 2: Resirkulasi Dalam ruang pencampuran konsentris dynaBLEND ® 's, polimer baru dicampur recirculates beberapa kali untuk eksposur tambahan untuk non-merusak turbulensi, menyelesaikan proses blending. Resirkulasi ini memastikan bahwa larutan polimer hadir langsung setelah titik rapi, injeksi polimer terkonsentrasi, untuk aktivasi yang ideal dan lingkungan blending. Tahap 3: mengurangi Mixing Energi Pencampuran energi alami berkurang di ruang konsentris yang dynaBLEND itu. Jalur aliran melalui ruang konsentris sistem lebih menjamin kinerja optimal dengan mencegah polimer polimer dari hubungan arus pendek proses tiga tahap.
3.Flame Campuran udara dengan gas pembakar menghasilkan nyala dan ke dalamnyala ini pula kabut halus dari larutan contoh menguap. Kalor nyalamenyebabkan larutan contoh menguap, sehingga contoh berubah menjadi butir-butir halus padat (garam). Molekul-molekul garam ini (uap) selanjutnyaakan terdisosiasi menjadi atom-atom netral. Atom-atom netral ini akanmenyerap energi kalor dari nyala sehingga tereksitasi dan kemudian memancarkan sinar pancaran yang terdiri dari berbagai panjang gelombang 4.Reflektor Sinar pancaran yang keluar dari nyala akan dipantulkan kembali ke nyala. 5.Optical Lens Lensa pancaran yang bersifat polikromatik akan difokuskan oleh lensa melaluisuatu celah (diafragma). 6.Filter Filter akan meneruskan cahaya sinar pancaran dengan panjang gelombangyang khas dan berintensitas tinggi dari unsur yang dianalisis dan akanmenyerap sinar-sinar lain yang berasal dari nyala. 7.Photo Tube Intensitas sinar pancaran tersebut oleh photo tube diubah menjadi arus listrik yang besarnya berbanding lurus dengan intensitas sinar pancaran tersebut. 8.Amplifier Arus listrik yang berasal dari photo tube, oleh amplifier akan diperkuat danditeruskan ke recorder. 9.Recorder Output dari amplifier dicatat oleh recorder yang skalanya terkalibrasi oleh suatu intensitas. Peralatan Fotormeter Nyala : 1.
Bahan bakar gas (BBG)
Bahan bakar gas yang digunakan antara lain : ·
Gas propane C3H8
·
Gas LPG (Liquified Petroleum Gas)
2.
Udara / O2
Digunakan untuk mempertinggi suhu pembakaran 3.
Atomiser / Nebuliser
Suatu peralatan yang digunkan untuk mengubah larutan menjadi butiran-butiran halus yang menyerupai atom 4.
Ruang pembakar
Digunakan untuk membakar butiran - butiran halus yang menyerupai atom, sehingga terjadi peristiwa eksitasi atom menghasilkan nyala yang berwarna. 5.
Filter cahaya
Digunakan untuk menseleksi warna-warna nyala dari unsur - unsur yang mengalami eksitasi, warna filter yang digunakan harus sama dengan warna nyala yang akan ditentukan. 6.
Foto Sel
Foto sel bertujuan untuk mengubah warna nyala menjadi energy listrik berupa kuat arus yang lemah. 7.
Amplifler
Bertujuan memperkuat arus. 8.
Recorder
Bertujuan untuk mencatat emisi nyala (E). Kegunaan Fotometer nyala dalam industri kimia : a.
Menentukan kadar kalium dalam pupuk, pupuk alam dan pupuk sintesis pada umumnya
mengandung unsur hara kalium yang berfungsi untuk tumbuh tanaman, unsur hara kalium yang terdapat pada kadarnya dapat menggunakan fotometer nyala. b.
Menentukan kadar kalium dan Na dalam air
Unsur kalium, Natrium dan kalsium (Ca) merupakan mineral-mineral yang terdapat dalam air, air minum kemasan dan minuman ringan lainnya. Mineral-mineral yang terdapat dalam air sesuai dengan batas toleransinya berguna bagi tubuh manusia. Dan kadar mineralnya dapat di tentukan dengan menggunakan peralatan fotometer nyala. c.
Menentukan kadar Na2O dan K2O dalam semen.
Aplikasi dalam Oceanologi Untuk contoh air laut yang homogen, kadar logam-logam alkali dapatdilakukan langsung tanpa pemisahan terlebih dahulu. Bila kadar-kadar logamtersebut terlalu rendah, maka analisa dapat dilakukan dengan pemekatan terlebihdahulu. Pemekatan ini dapat dilakukan dengan cara, yaitu penguapan, distilasi,ekstraksi, dsb. Untuk air yang tidak homogen, harus didestruksi terlebih dahuludengan asam-asam kuat, misalnya asam nitrat dan asam sulfat. Untuk contoh padat, harus didestruksi dengan destruksi basah dengan menggunakan asam nitrat,asam sulfat, dan asam perklorat. Sedangkan destruksi kering dengan cara pengabuan kemudian dilarutkan dalam air atau asam-asam kuat (encer) yangcocok. Analisa logam alkali dan alkali tanah dengan menggunakan filter fotometrinyala dapat dilakukan dengan cepat dan praktis karena mampu mendeteksi kadar-kadar yang rendah (ppb) dan analisis pendahuluannya tidak rumit. Flame fotometri merupakan suatu metoda analisa yang didasarkan pada pengukuran besaran emisi sinar monokromatis dengan panjang gelombangtertentu yang dipancarkan oleh suatu logam alkali / alkali tanah dalam keadaan berpijar atau bernyala. Misalnya, natrium menghasilkan pijaran warna kuning,kalium memancarkan sinar ungu dan litium memancarkan sinar merah biladibakar dalam nyala. Besaran ini merupakan fungsi dari konsentrasi darikomponen logam tersebut. Metoda ini dimanfaatkan untuk identifikasi unsur alkali tersebut.Fotometri nyala berdasarkan pada kenyataan bahwa sebagian besar unsur yang tereksitasi dalam suatu nyala pada suhu tertentu akan memancarkan emisiradiasi untuk panjang gelombang tertentu. Eksitasi terjadi bila elektron dari atom netral keluar dari orbitalnya ke orbital yang lebih tinggi. Dan bila terjadi eksitasiatom, ion molekul akan kembali ke orbital semula dan akan memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu.Prinsip dasar dari flame fotometri ini adalah pancaran cahaya elektronyang tereksitasi yang kemudian kembali ke keadaan dasar. Besaran intensitassinar pancaran ini sebanding dengan tingkat kandungan unsur dalam larutan.Maka hal ini digunakan dalam flame fotometri untuk tujuan kuantitatif pengukuran intensitas secara relatif, menggunakan detektor fotosel dan gas bahan bakar berupa propana / Elpiji dan gas pembakarnya udara.Suhu nyala merupakan salah satu variabel yang paling penting dalamfotometri nyala. Ini ditentukan oleh sifat bahan bakar dan laju penyediaanya, penyediaan udara atau oksigen dan perencanaan alat pembakar. Nyala hydrogendan oksigen digunakan secara luas untuk memberikan energi bagi banyak keperluan dan nyala apinya menghasilkan radiasi dengan latar belakang sangatsedikit yang dapat mengahalangi pengamatan spektrum.Sebagian besar unsur akan tereksitasi dalam suatu nyala pada suhu tertentuserta memancarkan emisi radiasi untuk panjang gelombang tertentu. Eksitasiterjadi bila elektron dari atom netral keluar dari orbitnya ke orbit yang energinyalebih tinggi, dan bila terjadi eksitasi atom, ion
molekul akan kembali ke orbitsemula dan akan memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu. Dengan fotometer nyala kebanyakan atom berada dalam keadaan dasar (ground state energy), sehingga mempunyai kecenderungan untuk menyerapenergi yang dipancarkan oleh atom yang tereksitasi ketika kembali ke keadaandasar. Peristiwa ini disebut dengan self absorption. Untuk mendapatkan kondisinyala yang optimum dipergunakan pengaturan untuk mengendalikan tekanan gasdengan cermat dan pengukur untuk memonitor laju alir. Filter
dapatmenggantikan
monokromator
dalam
suatu
instrumen
yang
menggunakan
sumber bertemperatur rendah.Penerapan fotometri nyala yang paling penting adalah yang menyangkutanalisa yang sukar atau tidak mungkin dilakukan dengan cara yang lain, palingtidak apabila kecepatan jauh lebih penting daripada ketepatan. Penggunaanfotometri nyala sangat penting dalam riset biomedis, analisa air, pengetahuan, gizi, dan bidang-bidang lain yang perlu untuk 1. Prinsip Alat "Udara dengan tekanan tertentu dimasukkan kedalam pengatom (atomizer), larutan sampel akan diserap oleh atomizer yang bergabung dengan aliran udara sebagai kabut halus. Kemudian masuk ke pembakar. Radiasi nyala yang dihasilkan masuk ke lensa dan akhirnya bergerak ke filter sehingga radiasi nyala yang memiliki karakteristik yang diinginkan saja yang akan masuk kedalam fotosel. Data input dari fotosel dicatat oleh sistem pencatat digital." 2. Prinsip Percobaan "Berdasarkan pada proses atomisasi ion logam dan larutan bila diaspirasikan kedalam nyala, elektronnya akan tereksitasi ketingkat energi yang lebih tinggi, pada suatu saat akan kembali kekeadaan dasar maka eksitasi akan hilang dan memancarkannya sebagai diskrit panjang gelombang sinar tampak. Jumlah sinar yang dipancarkan sebanding dengan konsentrasi analit." 3. Pengertian dari: - Disosiasi : pemecahan molekul-molekul sederhana menjadi ion-ion - Pemisahan : metode yang digunakan untuk memisahkan atau memurnikan suatu senyawa - Elektron valensi : elektron yang berada pada orbital terluar yag dapat membentuk ikatan kimia dengan atom lain - Sublimasi : perubahan wujud dari padat ke gas tanpa mencair terlebih dahulu - Flamefotometri : metode yang digunakan untuk mengukur intensitas cahaya
4. Perbedaan Flamefotometri dengan Spektrofotometri serapan atom (SSA) *flamefotometri* - menggunakan emisi nyala - ada analisa pendahuluan - mengalami emisi -cara kerja manual - menganalisa logam alkali dan alkali tanah -garis spektrum resonansi 400-800 nm
*spektrofotometri serapan atom (SSA)* - menggunakan lampu katoda berongga - tidak ada analisa pendahuluan - mengalami eksitasi -cara kerja otomatis - menganalisa <70 unsur -garis spektrum resonansi 200-300 nm 5. Aplikasi flamefotometri - untuk menentukan kalsium pada tulang - untuk menentukan Mg dalam garam inggris
6. Bagan Alat flamefotmetri
7. Gangguan pada flamefotometri - gangguan spektrum : karena tumpang tindih spektrum unsur yang ditentukan dengan unsur lain - gangguan ionisasi : karena analit yang berada dalam nyala tidak tereksitasi dengan baik sehingga sensitifitas pengukuran terhadap analit menurun - gangguan fisika : aerosol yang sangat kecil yang akan mencapai nyala proporsi sampel sehingga menyebabkan perbedaan dalam nebulizer - gangguan kimia : karena di dalam sampel terdapat bahan yang dapat bereaksi dengan analit membentuk senyawa yang stabil
