29
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi dewasa ini berdampak pada makin meningkatnya pengetahuan serta kemampuan manusia. Betapa tidak setiap manusia lebih dituntut dam diarahkan kearah lmu pengetahuan di segala bidang. Tidak ketinggalan pula ilmu kimia yang identik dengan ilmu mikropun tidak luput dari sorotan perkembangan iptek. Belakangan ini telah lahir ilmu pengetahuan dan teknologi yang mempermudah dalam analisis kimia. Salah satu dari bentuk kemajuan ini adalah alat yang disebut dengan Spektrometri Serapan Atom (SSA).
Para ahli kimia sudah lama menggunakan warna sebagai suatu pembantu dalam mengidentifikasi zat kimia. Dimana, serapan atom telah dikenal bertahun-tahun yang lalu. Dewasa ini penggunaan istilah spektrofotometri menyiratkan pengukuran jauhnya penyerapan energy cahaya oleh suatu sistem kimia itu sebagai fungsi dari panjang gelombang tertentu. Perpanjangan spektrofotometri serapan atom ke unsur-unsur lain semula merupakan akibatperkembangan spektroskopi pancaran nyala. Bila disinari dengan benar, kadang-kadang dapat terlihat tetes-tetes sampel yang belum menguap dari puncak nyala, dan gas-gas itu terencerkan oleh udara yang menyerobot masuk sebagai akibat tekanan rendah yang diciptakan oleh kecepatan tinggi, lagi pula sistem optis itu tidak memeriksa seluruh nyala, melainkan hanya mengurusi suatu daerah dengan jarak tertentu di atas titik puncak pembakar.
Selain dengan metode serapan atom unsur-unsur dengan energy eksitasi rendah dapat juga dianalisis dengan fotometri nyala, tetapi untuk unsur-unsur dengan energy eksitasi tinggi hanya dapat dilakukan dengan spektrometri serapan atom. Untuk analisis dengan garis spectrum resonansi antara 400-800 nm, fotometri nyala sangat berguna, sedangkan antara 200-300 nm, metode AAS lebih baik dari fotometri nyala. Untuk analisis kualitatif, metode fotometri nyala lebih disukai dari AAS, karena AAS memerlukan lampu katoda spesifik (hallow cathode). Kemonokromatisan dalam AAS merupakan syarat utama. Suatu perubahan temperature nyala akan mengganggu proses eksitasi sehingga analisis dari fotometri nyala berfilter. Dapat dikatakan bahwa metode fotometri nyala dan AAS merupakan komplementer satu sama lainnya.
Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas, penulis dapat merumuskan masalah sebagai berikut:
Bagaimanakah teori dasar serta prinsip kerja Spektrometri Serapan Atom (SSA)?
Bagaimanakah penggunaan / penerapan Spektrometri Serapan Atom (SSA) dalam proses analisis kimia?
Apa sajakah gangguan-gangguan yang biasa terjadi pada Spektrometri Serapan Atom (SSA)
Tujuan
Adapun tujuan dari makalah ini adalah untuk lebih mengetahui dan memahami spektrofotometri serapan atom (SSA) dan komponennya. Selain itu juga bertujuan untuk memberi masukan ilmu pengetahuan bagi semua khalayak pada umumnya dan khususnya bagi penulis pribadi sehingga kedepannya dapat lebih mengetahui bagaimana metode maupun prinsip kerja dari Spektrometri Serapan Atom (SSA).
BAB II
PEMBAHASAN
Pengertian Spektrometri Serapan Atom (SSA)
Spektrofotometri serapan atom merupakan suatu metode analisa untuk penentuan unsur-unsur logam dan metalloid yang berdasarkan pada penyerapan (absorbsi) radiasi oleh atom bebas oleh unsur tersebut.
Sejarah singkat tentang serapan atom pertama kali diamati oleh Frounhofer, yang pada saat itu menelaah garis-garis hitam pada spectrum matahari. Sedangkan yang memanfaatkan prinsip serapan atom pada bidang analisis adalah seorang Australia bernama Alan Walsh di tahun 1995. Sebelumnya ahli kimia banyak tergantung pada cara-cara spektrofotometrik atau metode spektrografik. Beberapa cara ini dianggap sulit dan memakan banyak waktu, kemudian kedua metode tersebut segera diagantikan dengan Spektrometri Serapan Atom (SSA).
Peristiwa serapan atom (atomic absorbsi) sebenarnya telah diamati diabad XIX, misalnya oleh Wollaston, Kirchoff dan Bunsen. Namun barulah pada tahun 1955, Walsh mengemukakan penggunaannya dalam teknik-teknik analisa kimia. Mulai tahun 1960 terlihatlah beberapa instrument Atomic Absorption Spektrofhotometer (AAS) yang diperdagangkan. Sepuluh tahun kemudian, lebih dari 20.000 buah instrument semacam ini yang dipasarkan diseluruh dunia. Perkembangan yang sudah dicapai hingga kini ialah meliputi instrumentasi, sumber radiasi resonans, nyala (untuk pengatoman) yang lebih stabil, suhu pengatoman yang lebih tinggi, efesiensi pengatoman yang lebih tinggi dan sebagainya, dan usaha untuk menentukan lebih banyak unsure dari sistem periodic. Sekitar 67 unsur telah dapat ditentukan dengan cara AAS hingga kini.
Banyak penenentuan unsur-unsur logam yang sebelumnya dilakukan dengan metode polarografi, kemudian dengan metode spektrofotometri, sekarang banyak diganti dengan metode AAS. Analisa yang dapat dilakukan dengan metode AAS adalah mulai dari analisa jumlah runutan, (trace analysis) sampai dengan analisa komponen-komponen utama (mayor elements).
Prinsip-prinsip Dasar AAS
Metode AAS berprinsip pada absorbsi cahaya oleh atom, atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Misalkan Natrium menyerap pada 589 nm, uranium pada 358,5 nm sedangkan kalium pada 766,5 nm. Cahaya pada gelombang ini mempunyai cukup energy untuk mengubah tingkat energi elektronik suatu atom. Dengan absorpsi energi, berarti memperoleh lebih banyak energi, suatu atom pada keadaan dasar dinaikkan tingkat energinya ke tingkat eksitasi. Tingkat-tingkat eksitasinya pun bermacam-macam. Misalnya unsur Na dengan noor atom 11 mempunyai konfigurasi electron 1s1 2s2 2p6 3s1, tingkat dasar untuk electron valensi 3s, artinya tidak memiliki kelebihan energy. Elektronini dapat tereksitasi ketingkat 3p dengan energy 2,2 eV ataupun ketingkat 4p dengan energy 3,6 eV, masing-masing sesuai dengan panjang gelombang sebesar 589 nm dan 330 nm. Kita dapat memilih diantara panjang gelombang ini yang menghasilkan garis spectrum yang tajam dan dengan intensitas maksimum, yangdikenal dengan garis resonansi. Garis-garis lain yang bukan garis resonansi dapat berupa pita-pita lebar ataupun garis tidak berasal dari eksitasi tingkat dasar yang disebabkan proses atomisasinya.
Apabila cahaya dengan panjang gelombang tertentu dilewatkan pada suatu sel yang mengandung atom-atom bebas yang bersangkutan maka sebagian cahaya tersebut akan diserap dan intensitas penyerapan akan berbanding lurus dengan banyaknya atom bebas logam yang berada pada sel. Hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi diturunkan dari:
Hukum Lambert: bila suatu sumber sinar monkromatik melewati medium transparan, maka intensitas sinar yang diteruskan berkurang dengan bertambahnya ketebalan medium yang mengabsorbsi.
Hukum Beer: Intensitas sinar yang diteruskan berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya konsentrasi spesi yang menyerap sinar tersebut.
(Day & Underwood, 1989).
Prinsip-prinsip dasar Spektrofotometri Serapan Atom adalah sebagai berikut :
Interaksi antara energi dengan atom bebas
Dalam AAS, maka atom bebas berinteraksi dengan berbagai bentuk energy, mulai dari energy termis atau panas, energy elekromagnetik, energy kimia, dan energy listrik. Interaksi ini menimbulkan proses-proses dalam atom bebas tersebut, yang hasilnya berupa emisi (pancaran) radiasi, panas dan sebagainya pula. Radiasi yang ditimbulkan dari interaksi ini adalah khas, karena mempunyai panjang gelombang-gelombang yang benar-benar karakteristik untuk atom bebas yang bersangkutan.
Adanya adsorbs atau emisi radiasi disebabkan karena adanya transisi elektronik yaitu perpindahan electron dalam atom tersebut, dari tingkat energy yang satu ke tingkat energi yang lain.
Adsorbs radiasi : terjadi apabila ada electron yang mengabsorbsi energy radiasi tersebut, jadi berpindah ketempat energi yang lebih tinggi.
Emisi radiasi: terjadi karena ada electron yang berpindah ke tingkat energy yang lebih rendah. Disini terjadi pelepasan energy, antara lain dalam bentuk radiasi.
Hubungan antara panjang gelombang radiasi yang bersangkutan dengan perubahan energy electron sebagai akibat dari perpindahan atau transisi elektronik diatas sebagai berikut:
E=E1 –E2 –h – v = h cλ
Dimana E1 dan E2 masing-masing ialah energy pada tingkat sebelum dan sesudah terjadi transisi, h ialah tetapan planck, v ialah frekuensi, dan λ ialah panjang gelombang radiasi ybs.
Adapun tingkat-tingkat elektronik dalam atom bebas dimisalkan dengan gambar dibawah ini:
3 Tk. Tereksitasi ke-3
2 Tk. Tereksitasi ke-2
C d
1 Tk. Tereksitasi ke-3
a b e f tingkat energi dasar
(ground state)
0
Gambar: transisi elektronik dalam atom bebas
Elektron dari tingkat dasar berpindah ke tingkat yang lebih tinggi, karena mengabsorbsi radisai atau bentuk energi yang lain.
Elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih rendah, jika dia memancarkan radisai atau bentuk energi yang lain
Sebuah atom disebut dalam keadaan energi dasar apabila elektron-elektron dalam atom tersebut berada dalam tingkat-tingkat energinya masing-masing paling rendah.
Sebuah atom disebut dalam keadaan tereksitasi apabila ada bentuk energy (panas, listrik dsb) yang ditransfer kedalam atom tersebut sehingga mengakibatkan tereksitasinya electron di dalamnya.
(a), (b) dan (c) dalam gambar 1 : elektron tereksitasi; (d), (e) dan (f) : electron terdeteksi (dan kembali ke tingkat dasar).
Tiap-tiap unsur dalam susunan berkala mempunyai susunan tingkat energi elektronik sendiri-sendiri yang karakteristik untuk yang bersangkutan. Maka panjang gelombang radiasi yang dapat diabsorbsi ataupun yang dapat dipancarkan oleh unsure yang berbeda akan berbeda pula, dab ini bersifat karakteristik untuk setiap unsur.
Dalam AAS maka kita dapat mendapatkan atom-atom bebas dengan cara memanaskan unsure atau senyawa unsure pada suhu yang tinggi (2000-30000C atau lebih). Dapat dipertanyakan apakah kemudian atom-atom yang didapat itu kemudian tereksitasi karena suhu lingkungannya yang amat tinggi tersebut? Dari table 1 terlihat bahwa hampir seluruh atom bebas yang terjadi satu sama sekali tidak tereksitasi, jadi hampir semua berada dalam tingkat ennergi dasar atau "ground state".
Table 1. Ne / Ng pada berbagai suhu untuk unsur Cs (λ-852,1 nm), Na (589,1 nm), Ca (422,7 nm) dan
Zn (213,9 nm). Zn (213,9 nm).
Unsur
Cs (852,1)
4,44.10-4
7,24.10-2
2,98.10-2
6,82.10-2
Na (589,1)
9,86.10-6
5,88.10-3
1,51.10-3
1,51.10-2
Ca (422,7)
1,21.10-7
3,69.10-5
6,03.10-4
3,33.10-3
Zn (213,9)
7,29.10-15
5,58.10-10
1,48.10-7
1,48.10-6
Suhu (K)
2000
3000
4000
5000
Catatan : Ne = jumlah atom yang tereksitasi kettingkat eksitasi ke-1
Ng = jumlah atom yang berbeda dalam "ground state"
Perlu dikemukakan bahwa jumlah atom bebas yang tereksitasi ke tingkat eksitasi ke-2 selalu jauh lebih kecil dari pada yang tereksitasi ketingkat eksitasi ke-1. Panjang gelombang yang tercantum dalam tabel 1 ialah panjang gelombang (λ ) dari radiasi yang diabsorbsi, yang menyebabkan elektroon tereksitasi ketingkat eksitasi ke-1. Panjang gelombang demikian disebut panjang gelombang radiasi resonans. Jelaslah bahwa unsur yang berbeda mempunyai radiasi resonans yang berbeda λ-nya. Radiasi resonans unsur yang satu tidakk akan diabsorbsi oleh atom bebas dari unsur yang lain. Besarnya absorbs yang dialami oleh radiasi resonans berbanding lurus dengan besarnya konsentrasi atau banyaknya atom bebas yang terdapat pada jalan yang dilalui oleh radiasi tersebut. Radiasi non-resonans tidak akan diabsorbsi oleh atom bebas ybs. Tidak ada satu unsurpun dalam susunan berkala yang mempunyai radiasi resonans yang sama. Inilah yang menyebabkan metode AAS sangat spesifik. Namun gangguan akan terjadi bila λ radiasi resonans dari dua unsur sangat berdekatan satu sama lain, meskipun ini masih dapat diatasi dengan menggunakan monokkromator yang baik. Gangguan ini (salah satu dari gangguan spektral) akan dibicarakan kemudiaan.
Pembuatan Atom Bebas
Radiasi resonans suatu unsur hanya akan diabsorbsi oleh atom bebas unsur ybs. (ion-ionnya tidak bisa mengabsorbsinya). Dalam AAS atom-atom bebas tersebut dapat dilakukan dengan memanaskan pada suhu yang tinggi yaitu 20000C (atau lebih). Misalkan suatu larutan KCl, setelah dinebulisasi ke dalam spray chamber kemudian dialirkan ke atomizer untuk dipanaskan. Proses dalam atomizer ini terjadi sebagai berikut :
Larutan KCl partikel (padat) KCl
KCl padat panas KCl cair panas uap KCl
KCl uap panas Atom K + Atom Cl (reaksi pengatoman)
Reaksi pengatoman merupakan reaksi yang terpenting. Disini suhu yang harus setepat mungkin untuk menghasilkan jumlah atom bebas yang sebanyak mungkin, suhu yang terlalu tinggi akan menyebabkan gangguan karena terjadinya ionisasi.
Atom K ion K+ + c-
Makin berat ionisasi, akan mungkin berkuranglah populasi atom-atom bebas yang ada. Suhu yang terlalu rendah tidak akan cukup untuk terjadinya proses pengatoman.
Instrumentasi
3.1. Sistem Perlatan Dasar
Sistem peralatan AAS disini harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :
Dapat membuat atom bebas, dari unsur yang terlarut
Atom-atom bebas yang terjadi dapat mengabsorbsi radiasi resonans. Besarnya absorbs sebanding jumlah atom bebas yang terjadi.
Efisiensi, yaitu dari sedikit larutan dapat dihasilkan atom bebas yang sebanyak mungkin.
Sistem peralatan dalam AAS yang menggunakan nyala sebagai sumber panas dalam pengatoman sebagai berikut : (gambar 2)
Gambar 2. Sistem peralatan dalam alat AAS yang menggunakan nyala dalam proses pengatoman.
Radiasi resonan yang dipancarkan dari suatu lampu (Hollow Cathode Lamp) diabsorbsi oleh atom-atom bebas yang terjadi dalam nyala.
Pembuatan Atom-atom bebas (Atomic Vopour)
Alat yang dapat membuat atom-atom bebas dalam AAS disebut atomizer. Larutan unsur mula-mula ditarik kedalam nebulizer, diubah olehnya menjadi berebntuk kabut (mist/tetesan-tetesan amat hakus dalam fasa gas/atau aerosol) di dalam spray chamber. Kemudian dengan tambahan gas terjadilah campuran yang homogeny sesaat sebelum masuk ke dalam burner. Campuran ini, mengandung campuran gas oksigen dan bahan bakar, lalu dinyalakan pada burner, dimana dapat dicapai suhu yang tepat untuk proses pengatoman.
Nebulizer
Nebulizer berfungsi untuk mengubah larutan aerosol, (yaitu butir-butiran cairan yang sangat halus, yang terdispersi dalam udara). Lihat Gambar 3. Larutan yang disedot melalui kapiler akan menumbuk glass bead dengan kecepatann yang tinggi. Maka cairan akan terpecah menjadi butiran-butiran yang amat halus, yang tercampur dalam udara membentuk aerosol.
1. Larutan; 2. Kapiler; 3. Glass bead; 4. Jalan masuk gas oksidan; 5. Spray chamber (sebagian)
Gambar 3. Nebulizer
Spray Chamber
Spray chamber berfungsi untuk membuat campuran yang homogen dari oksidan plus bahan bakar plus aerosol yang mengandung contoh, yaitu sebelum campuran ini mencapai burner. Butir-butir cairan dalam aerosol yang besarnya lebih dari 5 mikron akan mengembun kembali di dasar spray chamber, dan mengalir keluar melalui pembuangan (drain) (lihat gambar 4). Untuk menjaga agar campuran gas tidak keluar lewat drain; maka disitu dipasang pengaman berupa alat yang diisi air/ larutan.
Larutan; 2. Glass bend; 3. Jlan masuk gas bahan bakar atau fuel; 4. Spray chamber; 5. Drain; 6. Burner.
Gambar 4. Spray Chamber (dan Nebulizer)
Pengatoman dengan Menggunakan Nyala
Metode AAS yang menggunakan nyala dalm proses pengatoman disebut "Flame atomic absorption spektrophotometry", atau AAS dengan nyala. Pengatoman dengan nyala adalah lebih sederhana, ekonomis, dan stabil dari pada cara pengatoman yang menggunakan sumber panas yang lain yang bukan nyala (Flameless AAS). Campuran gas untuk nyala ini terdiri dari :
Gas oksidan : udara, N20, O2 tak dipakai karena sukarnya mengontrol nyala yang dihasilkan dengan bahan bakar lain.
Gas bahan bakar (fuel) : C2H2, propane, H2.
Suhu nyala tergantung kepada :
Campuran komposisi (oksidan dan bahan bakar) yang digunakan jenis oksidan atau/dan bahan bakar yang dipakai
Hal ini dapat dilihat dalam tabel II.
Tabel II. Suhu nyala dari beberapa campuran Gas
Campuran Gas
Kecepatan Aliran (1/menit)
Suhu K
Sebutan Nyala
Bahan Bakar
Oksidan
Udara
Udara-Asetilen
N2O-Asetilin
Udara-Hidrogen
N2O-Hidrogen
N2-Propana
0,3
0,3-0,45
0,45
1,2
1,2-1,5
1,5-1,7
1,7-2,2
3,5
3,5-4,5
4,5
6
10
4
8
8
8
8
8
8
8
10
10
10
8
10
10
2200
2450
2300
3200
2300
2900
2900
Lean
Stoichiometric
Rich
Lean
Stoichiometric
Luminous
Rich
Lean
Stoichiometric
Rich
Stoichiometric
Stoichiometric
Stoichiometric
Untuk jenis nyala tertentu, variasi suhu dapat dilakukan dengan mengatur komposisi (perbandingan oksidan : bahan bakar) dari campuran gas :
Nyala pengoksidasi ('lean') : proporsi bahan bakar kurang dari jumlah Stoichiometricnya terhadap oksidan. Suhunya lebih tinggi dari pada yang Stoichiometric;
Nyala Stoichiometric : perbandingan bahan bakar terhadap oksidan adalah Stoichiometric warna nyala biru kekuningan.
Nyala pereduksi (rich) : proporsi bahan bakar melebihi jumlah Stoichiometricnya terhadap oksidan. Suhunya paling rendah dari pada kedua type nyala diatas, dan warnanya kuning seluruhnya.
Nyala udara-asetilin adalah yang banyak dipakai dalam analisa dengan metode AAS ini, yang paling tepat untuk penentuan lebih dari 30 jenis unsur logam dan metaloid.
Dalam AAS ini maka proses pengatoman seperti yang telah diterangkan itu merupakan proses yang terpenting :
KCl ================= K + Cl
Molekul Atom Atom
Agar reaksi disosiasi molekul-molekul KCl ini bergeser jauh ke kanan, maka diperlukkan suhu optimum yang tertentu pada tekanan tertentu. Untuk senyawa K yang lain (misalnya K2SO4), suhu optimum yang dimaksud itu ternyata berlainan. Kemudian untuk unsur yang lain, misalnya Na dari NaCl, suhu optimum yang diperlukan itu berbeda dari yang diperlukan untuk unsur K.
Adanya zat lain dalam contoh atau larutan akan berubah suhu optimum itu. Inilah yang merupakan gangguan-gangguan utama dalam analisa dengan AAS. Gangguan ini termasuk dalam kategori gangguan kimiawi. Misalnya ialah gangguan dengan adanya fosfat, silikat, aluminium, dalam analisa Ca.
Jadi jelaslah bahwa selain suhu nyala, efek kimia juga penting dalam proses pengatoman.
Nyala udara-propana (2200°K) khusus dipakai dalam analisa unsur-unsur yang relative paling mudah untuk diatomkan seperti alkali (Na, K, Li, Rb, Cs) dan Cd, Cu, Pb, Ag, Zn.
Campuran-campuran gas lain tak terpakai karena :
Kurang stabil
Memberikan kepekaan analisa yang rendah dibandingkan dengan nyala yang sudah disebut di atas.
Tidak mebentu dalam mengurangi efek gangguan kimiawi
Handling gas-gas yang lebih sukar atau berbahya, dll.
Burner
Desain dari burner haruslah sedemikian rupa sehingga tidak membahyakan, misalnya masuknya nyala ke dalam spray chamber (yang disebut blow back). Burner yang berbeda harus dipakai bila campuran gas yang digunakan diganti. Jadi burner untuk udara-asetilin berbeda dengan untuk N2O-asetilin. Bila tidak maka akan terjadi hal-hal yang tidak diinginkan. Burner harus selalu bersih untuk menjamin kepekaan yang tinggi dan kedapat ulangan yang baik.
Bagian nyala yang paling besar populasi atom-atom bebasnya adalah sekitar 0,5-1 cm dari dasar nyala. Kearah bagian inilah radiasi resonans harus ditujukan untuk memperoleh harga absorbans yang maksimum yang berarti kepekaan yang tertinggi. Reaksi-reaksi yang terjadi dalam nyala sudah diuraikan dalam pasal II.3
3.3. Peralatan Optik
Sistem optik sebuah alat AAS pada prinsipnya terdiri atas :
Sumber radiasi (primer)
Pre-slit optics, yang memfokuskan radiasi resonans setengah nyala dan kemudian ke : slit-masuk ke mokromator
Monokromator
Detektor
Prinsip Kerja Spektrofotometri Serapan Atom
Telah dijelaskan sebelumnya bahwa metode AAS berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya Spektrometri Serapan Atom (SSA) meliputi absorpsi sinar oleh atom-atom netral unsur logam yang masih berada dalam keadaan dasarnya (Ground state). Sinar yang diserap biasanya ialah sinar ultra violet dan sinar tampak. Prinsip Spektrometri Serapan Atom (SSA) pada dasarnya sama seperti absorpsi sinar oleh molekul atau ion senyawa dalam larutan.
Hukum absorpsi sinar (Lambert-Beer) yang berlaku pada spektrofotometer absorpsi sinar ultra violet, sinar tampak maupun infra merah, juga berlaku pada Spektrometri Serapan Atom (SSA). Perbedaan analisis Spektrometri Serapan Atom (SSA) dengan spektrofotometri molekul adalah peralatan dan bentuk spectrum absorpsinya:
Setiap alat AAS terdiri atas tiga komponen yaitu:
Unit atomisasi (atomisasi dengan nyala dan tanpa nyala)
Sumber radiasi
Sistem pengukur fotometri
Sistem Atomisasi dengan nyala
Setiap alat spektrometri atom akan mencakup dua komponen utama sistem introduksi sampeldan sumber (source) atomisasi. Untuk kebanyakan instrument sumber atomisasi ini adalah nyata dan sampel diintroduksikan dalam bentuk larutan. Sampel masuk ke nyala dalam bentuk aerosol. Aerosol biasanya dihasilkan oleh Nebulizer (pengabut) yang dihubungkan ke nyala oleh ruang penyemprot (chamber spray).
Ada banyak variasi nyala yang telah dipakai bertahun-tahun untuk spektrometri atom. Namun demikian yang saat ini menonjol dan diapakai secara luas untuk pengukuran analitik adalah udara asetilen dan nitrous oksida-asetilen. Dengan kedua jenis nyala ini, kondisi analisis yang sesuai untuk kebanyakan analit (unsur yang dianalisis) dapat sintetikan dengan menggunakan metode-metode emisi, absorbsi dan juga fluoresensi.
Nyala udara asetilen
Biasanya menjadi pilihan untuk analisis menggunakan AAS. Temperature nyalanya yang lebih rendah mendorong terbentuknya atom netral dan dengan nyala yang kaya bahan bakar pembentukan oksida dari banyak unsur dapat diminimalkan.
Nitrous oksida-asetilen
Dianjurkan dipakai untuk penentuan unsur-unsur yang mudah membentuk oksida dan sulit terurai. Hal ini disebabkan temperature nyala yang dihasilkan relatif tinggi. Unsur-unsur tersebut adalah: Al, B, Mo, Si, Ti, V dan W.
Sistem Atomisasi tanpa Nyala (dengan Elektrotermal/tungku)
Sistem nyala api ini lebih dikenal dengan nama GFAAS. GFAAS dapat mengatasi kelemahan dari sistem nyala seperti sensitivitas, jumlah sampel dan penyiapan sampel.
Ada tiga tahap atomisasi dengan metodeiniyaitu:
Tahap pengeringan atau penguapan larutan
Tahap pengabutan atau penghilangan senyawa-senyawa organic
Tahap atomisasi
Unsur-unsur yang dapat dianalisis dengan menggunakan GFAAS adalah sama dengan unsur-unsur yang dapat dianalisis dengan GFAAS tungsten: Hf, Nd, Ho, La, Lu Os, Br, Re, Sc, Ta, U, W, Y dan Zr. Hal ini disebabkan karena unsur tersebut dapat bereaksi dengan graphit.
Petunjuk praktis penggunaan GFAAS:
Jangan menggunakan media klorida, lebih baik gunakan nitrat
Sulfat dan fosfat bagus untuk pelarutsampel, biasanya setelah sampel ditempatkan dalam tungku.
Gunakan cara adisi sehingga bila sampel ada interfensi dapat terjadi pada sampel dan standar.
Untuk mengubah unsur metalik menjadi uap atau hasil disosiasi diperlukan energy panas. Temperatur harus benar-benar terkendali dengan sangat hati-hati agar proses atomisasinya sempurna. Ionisasi harus dihindarkan dan ionisasi ini dapat terjadi apabila temperatur terlampau tinggi. Bahan bakar dan oksidator dimasukkan dalam kamar pencamput kemudian dilewatkan melalui baffle menuju ke pembakar. Hanya tetesan kecil dapat melalui baffle. Tetapi kondisi ini jarang ditemukan, karena terkadang nyala tersedot balik ke dalam kamar pencampur sehingga menghasilkan ledakan. Untuk itu biasanya lebih disukai pembakar dengan lubang yang sempit dan aliran gas pembakar serta oksidator dikendalikan dengan seksama.
Dengan gas asetilen dan oksidator udara bertekanan, temperature maksimum yang dapat tercapai adalah 1200oC. untuk temperatur tinggi biasanya digunakan N:O: = 2:1 karena banyaknya interfensi dan efek nyala yang tersedot balik, nyala mulai kurang digunakan, sebagai gantinya digunakan proses atomisasi tanpa nyala, misalnya suatu perangkat pemanas listrik. Sampel sebanyak 1-2 ml diletakkan pada batang grafit yang porosnya horizontal atau pada logam tantalum yang berbentuk pipa. Pada tungku grafit temperatur dapat dikendalikan secara elektris. Biasanya temperatur dinaikkan secara bertahap, untuk menguapkan dan sekaligus mendisosiasi senyawa yang dianalisis.
Metode tanpa nyala lebih disukai dari metode nyala. Bila ditinjau dari sumber radiasi, metode tanpa nyala haruslah berasal dari sumber yang kontinu. Disamping itu sistem dengan penguraian optis yang sempurna diperlukan untuk memperoleh sumber sinar dengan garis absorpsi yang semonokromatis mungkin. Seperangkat sumber yang dapat memberikan garis emisi yang tajam dari suatu unsur spesifik tertentu dikenal sebagai lampu pijar Hollow cathode. Lampu ini memiliki dua elektroda, satu diantaranya berbentuk silinder dan terbuat dari unsur yang sama dengan unsur yang dianalisis. Lampuini diisi dengan gas mulia bertekanan rendah, dengan pemberian tegangan pada arus tertentu, logam mulai memijar dan atom-atom logam katodanya akan teruapkan dengan pemercikkan. Atom akan tereksitasi kemudian mengemisikan radiasi pada panjang gelombang tertentu.
Instrumen dan Alat
Untuk menganalisis sampel, sampel tersebut harus diatomisasi. Sampel kemudian harus diterangi oleh cahaya. Cahaya yang ditransmisikan kemudian diukur oleh detector tertentu.
Sebuah sampel cairan biasanya berubah menjadi gas atom melalui tiga langkah:
Desolvation (pengeringan) – larutan pelarut menguap, dan sampel kering tetap
Penguapan – sampel padat berubah menjadi gas
Atomisasi – senyawa berbentuk gas berubah menjadi atom bebas.
Sumber radiasi yang dipilih memiliki lebar spectrum sempit dibandingkan dengan transisi atom.Lampu katoda Hollow adalah sumber radiasi yang paling umum dalam spekstroskopi serapan atom. Lampu katoda hollow berisi gas argon atau neon, silinder katoda logam mengandung logam untuk mengeksitasi sampel. Ketika tegangan yang diberikan pada lampu meningkat, maka ion gas mendapatkan energy yang cukup untuk mengeluarkan atom logam dari katoda. Atom yang tereksitasi akan kembali ke keadaan dasar dan mengemisikan cahaya sesuai dengan frekuensi karakteristik logam.
Bagian-bagian pada Spektrofotometri Serapan Atom
Bagian-bagian pada Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) adalah sebagai berikut :
Gambar 5. AAS
Gambar 6. Rangkaian AAS
Keterangan Gambar Rangkaian
Lampu Katoda
Lampu katoda merupakan sumber cahaya pada AAS. Lampu katoda memiliki masa pakai atau umur pemakaian selama 1000 jam. Lampu katoda pada setiap unsur yang akan diuji berbeda-beda tergantung unsur yang akan diuji, seperti lampu katoda Cu, hanya bisa digunakan untuk pengukuran unsur Cu. Lampu katoda terbagi menjadi dua macam, yaitu :
Lampu Katoda Monologam : Digunakan untuk mengukur 1 unsur
Lampu Katoda Multilogam : Digunakan untuk pengukuran beberapa logam sekaligus, hanya saja harganya lebih mahal.
Soket pada bagian lampu katoda yang hitam, yang lebih menonjol digunakan untuk memudahkan pemasangan lampu katoda pada saat lampu dimasukkan ke dalam soket pada AAS. Bagian yang hitam ini merupakan bagian yang paling menonjol dari ke-empat besi lainnya.
Lampu katoda berfungsi sebagai sumber cahaya untuk memberikan energi sehingga unsur logam yang akan diuji, akan mudah tereksitasi. Selotip ditambahkan, agar tidak ada ruang kosong untuk keluar masuknya gas dari luar dan keluarnya gas dari dalam, karena bila ada gas yang keluar dari dalam dapat menyebabkan keracunan pada lingkungan sekitar.
Cara pemeliharaan lampu katoda ialah bila setelah selesai digunakan, maka lampu dilepas dari soket pada main unit AAS, dan lampu diletakkan pada tempat busanya di dalam kotaknya lagi, dan dus penyimpanan ditutup kembali. Sebaiknya setelah selesai penggunaan, lamanya waktu pemakaian dicatat.
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.
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.
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.
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 pemantik 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.
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.
Monokromator
Monokromator berfungsi untuk menseleksi radiasi yang akan masuk ke detektor, sehingga detektor akan hanya mengukur radiasi resonans yang sudah mengalami absorbsi tersebut diatas. Adapun radiasi yang berpanjang gelombang lain otomatis tidak diukur. Sistem elektronik lainnya (modulator) membantu menghindarkan gangguan oleh radiasi lain yang terlanjur ikut masuk kedalam detektor ini. detektor mengukur intensitas radiasi yang masuk, dan output dari detektor ini setelah diamplifikasi dapat dibaca pada meter, recorder, printer atau lainnya.
Berfungsi mengisolasi salah satu garis resonansi atau radiasi dari sekian banyak spectrum yang dahasilkan oleh lampu piar hollow cathode atau untuk merubah sinar polikromatis menjadi sinar monokromatis sesuai yang dibutuhkan oleh pengukuran. Macam-macam monokromator yaitu prisma, kaca untuk daerah sinar tampak, kuarsa untuk daerah UV, rock salt (kristal garam) untuk daerah IR dan kisi difraksi.
Detector
Dikenal dua macam detector, yaitu detector foton dan detector panas. Detector panas biasa dipakai untuk mengukur radiasi inframerah termasuk thermocouple dan bolometer. Detector berfungsi untuk mengukur intensitas radiasi yang diteruskan dan telah diubah menjadi energy listrik oleh fotomultiplier. Hasil pengukuran detector dilakukan penguatan dan dicatat oleh alat pencatat yang berupa printer dan pengamat angka. Ada dua macam deterktor sebagai berikut:
Detector Cahaya atau Detector Foton
Detector foton bekerja berdasarkan efek fotolistrik, dalam halini setiap foton akan membebaskan elektron (satu foton satu electron) dari bahan yang sensitif terhadap cahaya. Bahan foton dapat berupa Si/Ga, Ga/As, Cs/Na.
Detector Infra Merah dan Detector Panas
Detector infra merah yang lazim adalah termokopel. Efek termolistrik akan timbul jika dua logam yang memiliki temperatur berbeda disambung jadi satu.
Cara Kerja Spektrofotometer Serapan Atom
Gambar 7. Spektrofotometer Serapan Atom
Prosedur Pemakaian Alat AAS, yaitu sebagai berikut :
Pertama-tama gas di buka terlebih dahulu, kemudian kompresor, lalu ducting, main unit, dan komputer secara berurutan.
Di buka program SAA (Spectrum Analyse Specialist), kemudian muncul perintah "apakah ingin mengganti lampu katoda, jika ingin mengganti klik Yes dan jika tidak No.
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.
Dipilih No jika tidak ingin mengganti lampu katoda yang baru.
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
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.
Diklik ok and setup, ditunggu hingga selesai warming up.
Diklik icon bergambar burner/ pembakar, setelah pembakar dan lampu menyala alat siap digunakan untuk mengukur logam.
Pada menu measurements pilih measure sample.
Dimasukkan blanko, didiamkan hingga garis lurus terbentuk, kemudian dipindahkan ke standar 1 ppm hingga data keluar.
Dimasukkan blanko untuk meluruskan kurva, diukur dengan tahapan yang sama untuk standar 3 ppm dan 9 ppm.
Jika data kurang baik akan ada perintah untuk pengukuran ulang, dilakukan pengukuran blanko, hingga kurva yang dihasilkan turun dan lurus.
Dimasukkan ke sampel 1 hingga kurva naik dan belok baru dilakukan pengukuran.
Dimasukkan blanko kembali dan dilakukan pengukuran sampel ke 2.
Setelah pengukuran selesai, data dapat diperoleh dengan mengklikicon print atau pada baris menu dengan mengklik file lalu print.
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.
Metode Analisis
AAS telah diterima kini sebagai metode yang universal dalam analisa mayoritas unsur-unsur logam dan metalloid, baik dalam konsentrasi yang besar maupun tunutan. Metode ini cukup spesifik, artinya hasil-hasil analisa suatu unsur tidak dipengaruhi oleh adanya unsur lain. Cara-cara pemisahan seoerti yang diperlukan dalam metode lain (misalnya ekstraksi pelarut dalam analisa spektrofotometri) dengan demikian tidaklah begitu diperlukan dalam AAS. Hal ini membuat metode AAS sangat menarik karena kesederhanaan, dan ini ditambah lagi dengan mudahnya cara pengukuran AAS dilakukan.
Dalam beberapa hal maka pemisahan kimia tak dapat diletakkan, misalnya dalam hal :
Memisahkan unsur pengganggu.
Mengkonsentrasikan unsur-unsur yang berada dalam konsentrasi yang amat rendah/encer atau dalam jumlah yang terlalu kecil untuk dapat diukur.
Untunglah bahwa dalam metode AAS, maka kita tak memerlukan cara pemisahan yang terlalu spesifik, yaitu karena relative dapat mentoleransi banyak unsur-unsur lain seperti tersebut di atas.
Ada tiga teknik yang biasa dipakai dalam analisis secara spektrometri. Ketiga teknik tersebut adalah:
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/Cstd = Csmp/Asmp -> Csmp = (Asmp/Astd) x Cstd
Dengan mengukur absorbansi larutan sampel dan standar, konsentrasi larutan sampel dapat dihitung.
Analisa kuantitatif dalam AAS adalah berdasarkan pada hasil pengukuran absorbans dari larutan contoh yang diaspirasikan. Konsentrasi unsur yang bersangkutan dalam larutan contoh dapat diperoleh lewat grafik standar atau kurva kalibrasi. Kurva ini dibuat dari hasil pengukuran absorbans larutan-larutan standar yang diketahui konsentrasinya. Menurut Hukum Beer maka terdapat hubungan yang linier antara absorbans A dengan konsentrasi unsur dalam larutan.
Dengan demikian, dengan mengukur absorbans, konsentrasi unsur dalam larutan contoh larutan tersebut dapat dicari.
Misalkan suatu sinar monokromatis melalui unit-unit penyerap (dalam hal AAS ialah atom-atom bebas) sepanjang b. sinar monokromatis itu yang tadinya mempunyai intensitas I0, setelah melalui unit-unit penyerap itu akan mempunyai intensitas I. Jadi, I = I0.
Pengurangan intensitas sinar itu (sebagian atau fraksi sinar yang diserap) akan sebnading dengan jumlah unit penyerap yang dilalui, yang secara matematis dapat dinyatakan sebgai berikut:
dII= -k.dN
Dengan N ialah jumlah unit penyerap per satuan luas yang dilalui sinar dan k ialah tetapan. Kemudian
I0IdII= -k 0IdN;InII0= -k.N
Apabila konsentrasi unit penyerap ialah C (banyaknya unit persatuan volum), maka:
N = C. b
Sehingga InII0= -k.b.c atau logIIo=a.b.c (a=tetapan).
Sebenarnya II0 adalah merupakan fraksi atau bagian dari sinar semula yang diteruskan atau ditransmisikan. Ini disebut transmisi atau T.
% - T = II0 x 100
Apakah yang dinamakan A atau absorbans?
Didefinisikan bahwa A = logIIo atau – log T
Maka diperoleh formulasi :
A = a.b.c (Hukum Beer)
Karena a dan b tetap, maka terdapat hubungan yang linier antara A (absorbans) vs C (konsentrasi penyerap). Hubungan yang linier ini dapat dipertahankan apabila: (i) sinar cukup monokromatis; (ii) C cukup rendah. Hokum Beer ini dibuat untuk analisa spektrofotometri dimana diukur absorbans larutan yang mengandung zat penyerap yang sedang dianalisa. Dalam AAS maka yang diukur ialah absorbans dari atom-atom yang terdapat dalam nyala.
Dengan kurva itu, larutan contoh yang sudah diukur absorbansnya dapat dicari konsentrasinya dengan interpolasi. Interpolasi itu akan memberikan hasil yang benar (accurate) apabila : tak ada gangguan yang ditemui.
Gangguan ini misalnya ialah disebabkan oleh tidak samanya komposisi unsur dalam standar dengan dalam contoh.
Misalkan kalsium (Ca) dalam suatu larutan yang tidak mengandung fosfat atau silikat akan memberikan harga absorbans yang berbeda apabila kedalam larutan tersebut dibubuhkan fosfat atau silikat. Jadi silikat atau fosfat ini adalah zat-zat pengganggu dalam analisa Ca.
Disini timbul problema bagaimana "menyamakan" komposisi dari standar terhadap contoh itu, agar hasil yang diperoleh "tidak salah".
Kadang-kadang ditempuh cara dengan membuat standar sintetik yang komposisinya disamakan dengan contoh. Banyaklah kesukaran yang diperoleh dalam cara ini, terutama apabila contoh tidak diketahui.
Metode Kurva Kalibrasi
Dalam metode ini dibuat suatu seri larutan standar dengan berbagai konsentrasi dan absorbansi dari larutan tersebut diukur dengan AAS. Langkah selanjutnya adalah membuat grafik antara konsentrasi(C) dengan absorbansi (A) yang merupakan garis lurus yang melewati titik nol dengan slobe = atau = a.b. konsentrasi larutan sampel dapat dicari setelah absorbansi larutan sampel diukur dan diintrapolasi ke dalam kurva kalibrasi atau dimasukkan ke dalam persamaan garis lurus yang diperoleh dengan menggunakan program regresi linewar pada kurvakalibrasi. Beberapa tipe Kurva Kalibrasi yaitu :
A
ideal
C
Fraksi radiasi yang diserap constant dari konsentrasi kecil ke besar
A
(b) normal
C
Ada radiasi yang tidak mengalami penyerapan, yang masuk ke (b) detector. Karena radiasi ini tidak murni berasal dari radiasi resonans. Radiasi yang besar ini dapat berasal dari HCl
A
(c) kompleks
C
Radiasi terdiri atas lebih dari satu jenis panjang gelombang
A
NO2 – C2H2 flame
1.075
1.050
1.025
10 20 30 ppm Eu --------> C
Pada konsentrasi yang rendah, proporsi dari atom-atom yang terionisasi lebih besar daripada konsentrasi yang tinggi kalium (K) dan natrium (Na) dalam nyala udara asetilin juga memberikan kurva semacam ini.
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.
Untuk menghilangkan efek gangguan yang akan timbul karena berbedanya komposisi matriks, komposisi pelarut, dsb. antara standard an contoh, maka diciptakanlah metode adisi standar.
Disini kita buat standar di dalam matriks contoh itu sendiri, artinya kepada larutan contoh yang telah diukur ditambahkan standar unsur yang bersangkutan dengan konsentrasi yang divariasi. Hasil pengukurannya dilukiskan dalam kurva seperti di bawah ini.
A
Added consentration
Analisis Kuantitatif
Penyiapan sampel
Penyiapan sampel sebelum pengukuran tergantung dari jenis unsur yang ditetapkan, jenis substrat dari sampel dan cara atomisasi. Pada kebanyakan sampel hal ini biasanya tidak dilakukan, bila atomisasi dilakukan menggunakan batang grafik secara elektrotermal karena pembawa (matriks) dari sampel dihilangkan melalui proses pengarangan (ashing) sebelum atomisasi. Pada atomisasi dengan nyala, kebanyakan sampel cair dapat disemprotkan langsung ke dalam nyala setelah diencerkan dengan pelarut yang cocok. Sampel padat baiasanya dilarutkan dalam asam tetapi adakalanya didahului dengan peleburan alkali.
Analisa kuantitatif
Pada analisis kuantitatif ini kita harus mengetahui beberapa hal yang perlu diperhatikan sebelum menganalisa. Selain itu kita harus mengetahui kelebihan dan kekurangan pada AAS.
Beberapahal yang perludiperhatikansebelummenganalisa:
Larutan sampel diusahakan secermat mungkin (konsentrasi ppm atau ppb).
Kadar unsur yang dianalisis tidak lebih dari 5% dalam pelarut yang sesuai.
Hindari pemakaian pelarut aromatic atau halogenida. Pelarut organik yang umum digunakan adalah keton, ester dan etilasetat.
Pelarut yang digunakan adalah pelarut untuk analisis (p.a)
Langkahanalisiskuantitatif:
Pembuatan Larutan Stok dan Larutan Standar
Pembuatan Kurva Baku
Persamaangarislurus : Y = a + bxdimana:
a = intersep
b = slope
x = konsentrasi
Y = absorbansi
Penentuan kadar sampel dapat dilakukan dengan memplotkan data absorbansi terhadap konsentrasi atau dengan cara mensubstitusikan absorbansi kedalam persamaan garis lurus.
Keuntungan dan Kelemahan Metode AAS
Spektrometri Serapan Atom (SSA) adalah suatu alat yang digunakan pada metode analisis untuk penentuan unsur-unsur logam dan metalloid yang pengukurannya berdasarkan penyerapan cahaya dengan panjang gelombang tertentu oleh atom logam dalam keadaan bebas (Skooget al., 2000). Metode ini sangat tepat untuk analisis zat pada konsentrasi rendah. Teknik ini mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan metode spektroskopi emisi konvensional. Beberapa kelebihan AAS, sebagai berikut:
Spesifik
Batas (limit) deteksi yang rendah
Dari satu larutan yang sama, beberapa unsure yang berlainan dapat diukur
Pengukuran dapat langsung dilakukan terhadap larutan contoh, jadi berbeda dengan kalorimetri (yang membutuhkan pembentukan senyawa berwarna), gravimetri (dimana endapan perlu dikeringkan dulu) dsb. Jadi preparasi contoh sebelum pengukuran adalah sederhana.
Output data (adsorbance) dapat dibaca langsung
Dapat diaplikasikan kepada banyak jenis unsur dalam banyak jenis contoh
Batas kadar-kadar yang dapat ditentukan adalah amat luas (ppm hingga %).
Catatan:
Ketentuan-ketentuan diatas berlaku untuk "Flame AAS" atau AAS yang menggunakan nyala dalam proses pengatoman.
AAS yang menggunakan cara elekrotermal dalam pengatoman mempunyai kepekaan yang jauh lebih tinggi dari pada AAS yang menggunakan cara nyala.
Dalam soal harga maka metode dalam instrumentasi AAS berada ditengah-tengah (antara yang termurah seperti kolorimetri, gravimetric dsb, dan yang mahal seperti spectrometer emisi dengan "automatic direct reading" atau XRF dsb). Namun instrumentasi AAS dapat bertambah mahal apabila dilengkapi dengan misalnya printer, automatic sampler, penyimpanan data (dengan microprocessor) dsb.
Dalam laboratorium yang biasa menganalisa unsur-unsur logam, maka metode AAS ternyata telah banyak membantu dalam penyederhanaan prosedur dan pengurangan waktu analisa dari pada masa-masa sebelumnya.
Keuntungan metode AAS dibandingkan dengan spektrofotometer biasa yaitu spesifik, batas deteksi yang rendah dari larutan yang sama bisa mengukur unsur-unsur yang berlainan, pengukurannya langsung terhadap contoh, output dapat langsung dibaca, cukup ekonomis, dapat diaplikasikan pada banyak jenis unsur, batas kadar penentuan luas (dari ppm sampai %).
Sedangkan kelemahannya yaitu pengaruh kimia dimana AAS tidak mampu menguraikan zat menjadi atom misalnya pengaruh fosfat terhadap Ca, pengaruh ionisasi yaitu bila atom tereksitasi (tidak hanya disosiasi) sehingga menimbulkan emisi pada panjang gelombang yang sama, serta pengaruh matriks misalnya pelarut.
Gangguan-gangguan dalam Metode AAS
Gangguan kimia
Reaksi-reaksi kimia yang terjadi adalam nyala (ionisasi, terbentuknya oksida, silikat dan senyawa lainnya yang stabil; reduksi dsb) dapat menimbulkan efek penurunan (depression, suppression) ataupun bahkan peningkatan (enhancement) dari absorbans (A).
Efek penurunan misalnya dijumpai dalam analisa Ca, Mg, Sr, dsb. dalam contoh yang mengandung silikat, aluminat, fosfat dsb. dimana diperoleh absorbans yang lebih rendah dibandingkan dengan bilamana pengganggu-pengganggu (silikat dsb) tersebut tak ada.
Gangguan kimia terjadi apabila unsur yang dianailsis mengalami reaksi kimia dengan anion atau kation tertentu dengan senyawa yang refraktori, sehingga tidak semua analiti dapat teratomisasi. Untuk mengatasi gangguan ini dapat dilakukan dengan dua cara yaitu: 1) penggunaan suhu nyala yang lebih tinggi, 2) penambahan zat kimia lain yang dapatmelepaskan kation atau anion pengganggu dari ikatannya dengan analit. Zat kimia lai yang ditambahkan disebut zat pembebas (Releasing Agent) atau zat pelindung (Protective Agent).
Gangguang Matrik
Gangguan ini terjadi apabila sampel mengandung banyak garam atau asam, atau bila pelarut yang digunakan tidak menggunakan pelarut zat standar, atau bila suhu nyala untuk larutan sampel dan standar berbeda. Gangguan ini dalam analisis kualitatif tidak terlalu bermasalah, tetapi sangat mengganggu dalam analisis kuantitatif. Untuk mengatasi gangguan ini dalam analisis kuantitatif dapat digunakan cara analisis penambahan standar (Standar Adisi).
Gangguan Ionisasi
Gangguan ionisasi terjadi bila suhu nyala api cukup tinggi sehingga mampu melepaskan electron dari atom netral dan membentuk ion positif. Pembentukan ion ini mengurangi jumlah atom netral, sehingga isyarat absorpsi akan berkurang juga. Untuk mengatasi masalah ini dapat dilakukan dengan penambahan larutan unsur yang mudah diionkan atau atom yang lebih elektropositif dari atom yang dianalisis, misalnya Cs, Rb, K dan Na. penambahan ini dapat mencapai 100-2000 ppm.
Absorpsi Latar Belakang (Back Ground)
Absorbsi Latar Belakang (Back Ground) merupakan istilah yang digunakan untuk menunjukkan adanya berbagai pengaruh, yaitu dari absorpsi oleh nyala api, absorpsi molecular, dan penghamburan cahaya.
Gangguan spectral
Relatif jarang dijumpai. Gangguan spectral disebabkan karena ikut masuknya radiasi non-resonans (yaitu sinar yang tidak mengalami penyerapan oleh atom unsure yang sedang diukur), ke detector. Radiasi/sinar pengotor ini mempunyai panjang gelombang yang amat berdekatan dengan radiasi resonans. Ikut masuknya ke detector disebabkan oleh monokromator yang terbatas "daya-pisah-nya" (resolusinya). Disinilah perlunya monokromator yang baik.
Gangguan fisika
Gangguan ini berasal dari sebab-sebab fisik. Misalnya pelarut yang berbeda dalam larutan standard dan contoh akan menimbulkan perbedaan ukuran partikel kabut yang dibuat dalam spray chamber. Pada hal semakin cepat atau mudah proses pengatoman kemudian. Mudah/lambatnya proses ini akan mempengaruhi absorbans yang diperoleh. Kurva standar yang melengkung dapat disebabkan oleh gangguan ini.
Kemudian perbedaan viskositas antara larutan standard an contoh (mislanya) karena contoh mengandung asam yang lebih pekat d / p standar, atau contoh mengandung lebih banyak garam terlarut d / p standar, jenis pelarut yang tak sama, dsb. akan mempengaruhi efisiensi nebulizer. Dengan viskositas pelarut yang rendah (misalnya pelarut organik) maka volume larutan per satuan waktu yang terhisap ke dalam nebulizer akan lebih benar. Maka akan diperoleh absorbans yang lebih besar d / p apabila air yang dipakai sebagai pelarut.
Jelaslah kini betapa pentingnya persamaan antara standar dan contoh dalam banyak hal, agar supaya kesalahan analisa dapat dihindari.
Gangguan fisik jenis lainnya akan dihadapi apabila kita mengukur larutan yang kadar garam terlarutnya tinggi, misalnya mengukur air laut, atau larutan pekat lainnya. Dalam nyala akan terjadi partikel-partikel padat yang belum menguap. Partikel ini akan menimbulkan "scatter' dimana radiasi resonans dipantulkan/dihamburkan olehnya ke segala arah. Oleh detector, ini akan keliru diartikan sebagai penyerapan, sehingga didapatlah harga absorbans yang palsu (tinggi). Kurva kalibrasi yang tidak dilewati titik nol dapat disebabkan oleh paeristiwa/gangguan ini.
BAB III
P E N U T U P
Simpulan
Berdasarkan penjelasan tersubut maka dapat disimpulkan bahwa Spektrofotometri Serapan Atom didasarkan pada besarnya energi yang diserap oleh atom-atom netral dalam keadaan gas. Agar intensitas awal sinar (Po) dan sinar yang diteruskan (P) dapat diukur, maka energi sinar pengeksitasi harus sesuai dengan energi eksitasi atom penyerap dan energi penyerap ini diperoleh melalui sinar lampu katoda berongga. Lampu katoda berongga ada yang bersifat single element dan ada yang bersifat multi element. Salah satu alat yang sangat berperan penting dalam AAS adalah Copper yang berfungsi untuk membuat sinar yang dating dari sumber sinar berselang-seling sehingga sinar yang dipancarkan juga akan berselang-seling. AAS memiliki keakuratan yang tinggi pada analisis kualitatif.
Saran
Sebaiknya sebagai seorang mahasiswa kimia dapat memahami lebih dalam mengenai spektrofotometri serapan atom (SSA) , agar dapat mengoperasikan AAS untuk menganalisa berbagai jenis unsur dalam sampel.
DAFTAR PUSTAKA
SumarHendayana, dkk, 1994, Kimia AnalitikInstrumen, IKIP Semarang.
Fardiaz. 1992. Polusi Air dan Udara. . http://www.wordpress.com. Diakses pada 18 Februari 2011.
Foley, Gerald. 1993. Pemanasan Global. Jakarta : Yayasan Obor Indonesia.
