Atomic A tomic Absorption Absorption Spectroscopy
Prinsip Dasar
Instrumen
Cara Kerja
Analisis
PENGERTIAN Spektrometri Serapan Atom (SSA) merupakan Metode pengukuran serta alat-alat untuk mengukur interaksi materi dengan energi yang didasari oleh adanya serapan(absorbsi) cahaya pada panjan panjang g gelombang tertentu oleh atom-atom bebas fasa gas dalam keadaan dasar
Absorbsi (serapan) atom adalah suatu proses penyerapan bagian sinar oleh atom-atom bebas pada panjang gelombang ( λ) tertentu dari atom itu sendiri sehingga konsentrasi suatu logam dapat ditentukan. Karena absorbansi sebanding dengan konsentrasi suatu analit, maka metode ini dapat digunakan untuk sistem pengukuran atau analisis kuantitatif. AAS memiliki range ukur optimum pada panjang gelombang 200-300 nm
PRINSIP DASAR Spektroskopi Serapan Atom didasari oleh adanya serapan (absorbsi) energi radiasi Cahaya Utraviolet (UV) atau Tampak (VIS) - oleh atom-atom bebas suatu unsur(g) dalam keadaan dasar di dalam nyala api.
PRINSIP DASAR INSTRUMEN AAS •
•
•
Prinsip Dasar: penyerapan cahaya atau radiasi oleh atom-atom suatu unsur dalam keadaan dasar yang berada dalam nyala api instrumen AAS Teknik analisis AAS didasarkan pada penguraian molekul menjadi atom (atomisasi) dengan energi dari nyala api atau arus listrik Sebagian besar atom akan berada pada ground state, dan sebagian kecil (tergantung suhu) yang tereksitasi akan memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang khas untuk atom tersebut ketika kembali ke ground state
Gambar Alat AAS SHIMADZU
Skema Instrumen AAS
Lensa
Filter
Photodetector
Hollow cathode
Readout 0.245
Amplifier
Ruang pengkabutan
O2
C2H2 Cuplikan
Instrumentasi ASS
Instrumen AAS terdiri dari Sumber Radiasi Sumber Modulasi Sampel Sumber Atomisasi (Nyala dan Sistem Pengkabutan) Monokomator
Detektor
Sumber Radiasi Hollow Cathode Lamps Electrodeless-discharge Lamps •
•
Sumber lampu tidak mengandung katoda, tetapi mengandung radiasi microwave. Berguna untuk unsurunsur seperti As, Se, dan Te, karena lampu HCL untuk unsur-unsur ini mempunyai sinyal yang lemah dan tidak stabil.
Sumber Modulasi •
•
•
Tujuannya untuk membedakan radiasi antara sumber radiasi (HCL atau EDL) dan sumber radiasi dari nyala api. Modulator yang digunakan yaitu Chopper. Hal ini dikarenakan agar detektor hanya menerima sinyal bolak balik dari HCL dan sinyal kontinyu dari nyala api dan mengubah sinyal-sinyal ini ke dalam jenis yang sesuai arus listrik.
Sumber Atomisasi Dalam analisis dengan SSA, sampel yang akan dianalisis harus di uraikan menjadi atom-atom netral yang masih dalam keadaan dasar. Alat-alat yang dapat digunakan : a. Nyala (Atomisasi Nyala/ Flame atomization) b. Tanpa nyala (Furnace Atomization or Electrothermal atomization) •
Nyala atau Plasma Plasma adalah panas, sebagian gas terionisasi. Plasma mengandung ion dan elektron dengan konsentrasi yang relatif tinggi. Tiga sumber daya yang telah digunakan dalam spektroskopi plasma argon: 1) Sumber DC Listrik, 2) Frekuensi radio dan frekuensi gelombang mikro, 3) Frekuensi radio, atau induktif coupled plasma (ICP). •
•
Nyala •
Nyala digunakan untuk mengubah sampel yang berupa padatan atau cairan menjadi bentuk uap atomnya, dan juga berfungsi untuk atomisasi. Untuk spektroskopi nyala suatu persyaratan yang penting adalah bahwa nyala yang dipakai hendaknya menghasilkan temperatur lebih dari 2000oK. Konsentrasi atom-atom dalam bentuk gas dalam nyala, baik dalam keadaan dasar maupun keadaan tereksitasi, dipengaruhi oleh komposisi nyala.
Tanpa nyala ( Furnace Atomization) •
Sistem pemanasan dengan tanpa nyala ini dapat melalui 3 tahap yaitu : pengeringan (drying) yang membutuhkan suhu yang relatif rendah, pengabuan (ashing) yang membutuhkan suhu yang tinggi karena untuk menghilangkan matriks kimia dengan mekanisme volatilasi atau pirolisis, dan pengatoman (atomising). Pada umumnya waktu dan suhu pemanasan tanpa nyala dilakukan dengan cara terprogram.
Sistem Pengkabutan (Nebulizer)
Sumber Atomisasi •
Terdiri dari nebulizer, yaitu sistem pembakar-pengabut, untuk mengubah larutan uji menjadi atom-atom dalam bentuk gas. Fungsi pengabut adalah menghasilkan kabut atau aerosol larutan uji. Larutan yang akan dikabutkan ditarik ke dalam pipa kapiler oleh aksi semprotan udara yang ditiupkan melalui ujung kapiler, diperlukan aliran gas bertekanan tinggi untuk menghasilkan aerosol yang halus.
Monokromator •
•
untuk memisahkan garis resonansi dari semua garis yang tak diserap yang dipancarkan oleh sumber radiasi. Monokromator yang digunakan oleh AAS adalah kisi difraksi.
Detektor •
•
Detektor sebagai prosesor sinyal. Prosesor sinyal memisahkan sinyal ac dari sumber radiasi HCL yang telah dimodulasi dari sinyal dc yang dihasilkan dari nyala api. Logaritma dari rasio komponen acuan dan sampel dari sinyal ac ini kemudian dihitung dan dikirim ke komputer atau perangkat pembacaan untuk ditampilkan sebagai absorbansi.
Analisis Kualitatif AAS •
Suatu grafik yang menghubungkan antara banyaknya sinar yang diserap dengan frekuensi (panjang gelombang) sinar merupakan spektrum absorpsi. Transisi yang dibolehkan untuk suatu molekul dengan struktur kimia yang berbeda adalah tidak sama sehingga spektra absorpsinya juga berbeda. Dengan demikian, spektra dapat digunakan sebagai bahan informasi yang bermanfaat untuk analisis kualitatif.
Analisa Kuantitatif AAS Banyaknya sinar yang diabsorpsi pada panjang gelombang tertentu sebanding dengan banyaknya molekul yang menyerap radiasi, sehingga spektra absorpsi dapat digunakan untuk analisis kuantitatif. Analisis Kuantitatif AAS dapat dilakukan melalui Metode Kurva Kalibrasi, dan Metode Standar Adisi. •
•
Analisa Kuantitatif AAS •
Kurva Kalibrasi –
–
Menguji sederet larutan standar yang mengandung unsur yang dianalisis dengan variansi konsentrasi yang diketahui untuk memperoleh absorbansinya. Hasil yang diperoleh diplot hubungan konsentrasi ( x ) dan absorbansinya (y ) sehingga diperoleh persamaan garis. y = mx + c Absorbansi sampel diukur dan harganya dimasukkan ke dalam persamaan garis dan diperoleh konsentrasi unsur dalam sampel (harga x ).
ANALISIS KUANTITATIF AAS •
Standar Adisi Sampel diencerkan dengan larutan standar dengan konsentrasi yang diketahui pada rentang pengukuran hingga volume tertentu dan diukur absorbansinya. Konsentrasi unsur dalam sampel ditentukan dari persamaan garis deret standar lalu dikurangi dengan konsentrasi larutan standar yang ditambahkan
Atomic Emission Spectroscopy
Prinsip Dasar
Instrumen
Cara Kerja
Analisis
PRINSIP DASAR AES •
•
Spektroskopi emisi atom adalah studi tentang radiasi yang dipancarkan oleh atom tereksitasi dan ion monoatomik. Atom tereksitasi dan ion berelaksasi ke keadaan dasar. Relaksasi sering mengakibatkan emisi cahaya menghasilkan spektrum garis di daerah spektrum tampak dan UV. Spektrum yang dipancarkan dapat digunakan untuk identifikasi kualitatif unsuryang ada dalam sampel dan untuk analisis kuantitatif unsur seperti pada konsentrasi rendah, mulai part per miliar (ppb) hingga persen.
PRINSIP DASAR AES Ketika energi diberikan pada suatu atom, maka energi sebesar a dan b menyebabkan eksitasi atom, energi sebesar c menghasilkan ionisasi atom dan energi sebesar d menyebabkan ionisasi dan eksitasi atom. Keadaan tersebut merupakaan keadaan tidak stabil dan secara spontan atom akan melepaskan energi emisi agar diperoleh keadaan yang lebih stabil. Energi emisi e merupakan energi emisi ion sedangkan f, g, dan h merupakan energi emisi atom. Energi emisi dan panjang gelombang dihubungkan oleh persamaan E = hc/
PRINSIP DASAR AES •
Spektroskopi emisi atom merupakan teknik multiunsur dengan kemampuan untuk menentukan logam, metaloid, dan beberapa unsur non logam secara bersamaan dalam berbagai sampel cair, padat, dan gas. Perbedaan utama pada berbagai jenis spektroskopi emisi atom terletak pada sumber eksitasi dan jumlah energi yang diberikan pada atom atau ion (efisiensi eksitasi dari sumber).
Atomic Emission Spectroscopy AES = Atomic Emission Spectroscopy = Auger Electron Spectrometry Atomic Emission Spectroscopy || Optical Emission Spectroscopy (OES)
INSTRUMEN AES Cerobong pembakaran
Pembacaan
Larutan cuplikan
Gambar Spektrometer Emisi Atom
Instrumentasi Instrumentasi dari AES tidak jauh berbeda dengan AAS. Bahkan Instrumentasi AAS merupakan pengembangan lebih lanjut dari instrumentasi AES dengan beberapa instrumen tambahan seperti Hollow Cathode. Berikut merupakan bagian dari instrumen AES:
Skema Fotometri Nyala/ AES.
Filter
Photodetector
Readout 0.245
Amplifier
Ruang pengkabutan
Gas Kompresor Cuplikan
BahanBakar
Oksidan
Suhu Maksimum (oC)
Propana Propana Hidrogen Hidrogen Hidrogen Asetilen Asetilen Asetilen Sianogen
Udara Oksigen Argon Udara Oksigen Udara Oksigen N2O Oksigen
1725 2900 1577 2045 2677 2300 3060 2955 4500
Monokromator Monokromator terdiri dari slit dan alat pendispersi yaitu kisi difrafksi umumnya.
Peranan monokromator dalam spektroskopi atom adalah untuk mengisolasi garis spektra dari garsi-garis spektra yang lain, tidak untuk membuat sinar polikromatis menjadi monokromatis. Oleh karena itu monokromator dalam spektroskopi atom lebih sederhana daripada dalam spektroskopi molekul yang menggunakan kombinasi prisma, grating dan cermin atau lensa. Bahkan ada yang hanya memakai filter saja (untuk beberapa spektrometer).
Detektor Untuk mendekteksi spektra yang dihasilkan dari sampel. Detektor yang sering digunakan yaitu charge-injection devices (CIDs) or chargecoupled de-vices (CCDs) sebagai transducer .
CARA KERJA AES 1. Flame Emission Spectroscopy Sampel akan dibakar menggunakan flame atau api hingga menjadi gas. Panas dari flame akan menguapkan larutan dan memutus ikatan kimia untuk membentuk atom yang bebas. Energi panas juga mengeksitasi atom ke excited state yang akan mengemisikan cahaya ketika atomatom tersebut kembali ke ground state. Setiap elemen mengemisikan panjang gelombang yang spesifik dan terdispersi melalui grating atau prisma dan terdeteksi dispektrometer.
Cont’d 2. Inductive Spectroscopy
Coupled
Plasma
Atomic
Emission
Teknik ini menggunakan ICP untuk menghasilkan atom yang tereksitasi dan ion yang menghasilkan radiasi elektromagnetik dari berbagai variasi panjang gelombang. Setiap elemen pada tabel periodik mempunyai panjang gelombang yang khas. Detektor pada ICP terletak di bawah dan mendeteksi panjang gelombang ini dan juga intensitasnya, serta menghitung jumlah masing-masing elemen yang terdapat pada sampel.
Cont’d 3. Spark and Arc Atomic Emission SpectroscopySpark atau arc AES Digunakan untuk menganalisa elemen logam pada sampel yang solid. Untuk material yang non-konduktif, sampel ditaburi dengan bubuk grafit untuk membuatnya menjadi konduktif. Pada metode arc tradisional, sampel solid dihancurkan selama analisa. Arus elektrik pada arc atau spark yang dilewatkan pada sampel akan memanaskan sampel ke temperature tinggi sehingga akan mengeksitasi atomnya. Atom yang akan dianalisa memiliki karakteristik panjang gelombang tertentu yang akan terdispersi pada monokromator dan akan terdeteksi. Karena kondisi dari arc dan spark yang tidak terkontrol dengan baik, analisa yang dapat dilakukan hanya kualitatif. Namun, sumber spark yang modern dengan muatan yang terkontrol dan adanya gas argon dapat menganalisa kuantitatif .
CARA KERJA AAS •
•
Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya Spektrometri Serapan Atom (SSA) meliputi absorpsi sinar oleh atom-atom bebas 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) adalah absorpsi radiasi UV dan VIS oleh atom bebas. 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).
Analisis AES •
Kualitatif
•
Kuantitatif
Analisis Kualitatif •
Penentuan unsur-unsur dalam sampel dapat dilakukan secara kualitatif dengan mengamati emisi pada panjang gelombang karakteristik dari elemen.
Analisis Kualitatif •
•
Contoh: Emisi pada 766,5 nm menunjukkan bahwa kalium terdapat dalam sampel, sedangkan emisi kuning cerah natrium pada 589 nm menunjukkan kehadirannya.
Analisis Kuantitatif •
Metode Kurva Kalibrasi
•
Metode Standar Adisi
Metode Kurva Kalibrasi •
Dalam metode ini dibuat suatu seri larutan standar dengan berbagai konsentrasi dan intensitas emisi dari larutan tersebut diukur dengan AES. Langkah selanjutnya adalah membuat grafik antara konsentrasi dengan intensitas emisi yang merupakan garis lurus yang melewati titik nol dengan slope = ε. b atau = a.b.
Metode Kurva Kalibrasi
Metode Kurva Kalibrasi •
Konsentrasi larutan sampel dapat dicari setelah intensitas emisi larutan sampel diukur dan diintrapolasi ke dalam kurva kalibrasi atau dimasukkan ke dalam persamaan garis lurus yang diperoleh dengan menggunakan program regresi linear pada kurva kalibrasi.
Metode Kurva Kalibrasi
Metode Standar Adisi
Metode Standar Adisi
