Teknik Metalurgi dan Material UI 2008
Atomic Spectroscopy Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), Atomic Emission Spectroscopy (AES) dan Atomic Fluorescent Spectroscopy (AFS)
M.Ekaditya Albar / 0806331683 4/19/2010
Atomic Spectroscopy
2010
Atomic Spectroscopy Spectroscopy Atomic spectroscopy adalah teknik penentuan komposisi suatu unsur melalui spectrum massa atau spectrum elektromagnetik. Atomic spectroscopy dapat dibedakan berdasarkan sumber atomisasi (atomization) atau dari tipe spectroscopy yang digunakan. Secara sederhana, atomic spectroscopy dibagi menjadi dua, yaitu mass spectrometry dan optical spectrometry. Mass spectrometry secara umum memberikan hasil analisa yang lebih baik, namun memerlukan proses yang lebih kompleks. Harga alat yang mahal, biaya operasi yang tinggi, operator yang harus terlatih dan banyaknya jumlah komponen yang mungkin gagal juga merupakan penyebab kurangnya penggunaan atomic spectroscopy berbasis massa. Berbeda dengan optical spectroscopy yang tidak terlalu mahal dan kemampuannya cukup memadai untuk operasi-operasi tertentu, maka optical spectroscopy ini lebih umum digunakan. Atomic spectroscopy berbasis sifat optis (optical) dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), Atomic Emission Spectroscopy (AES) dan Atomic Fluorescent Spectroscopy (AFS). Pembagian tersebut didasarkan pada interaksi antara cahaya dengan material sampel. Spectroscopy sering digunakan untuk mengidentifikasi zat berdasarkan panjang gelombang cahaya yang terabsorpsi atau teremisi. Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) adalah peralatan analisa yang paling sering digunakan atau dipakai.
M.Ekaditya Albar / 0806331683
Page 2
Atomic Spectroscopy
2010
Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) Dalam
AAS,
cahaya
akan
melewati
sekumpulan atom. Jika panjang gelombang cahaya memiliki energi yang sama dengan perbedaan energi antara dua kulit atom, sejumlah cahaya akan diserap (absorbed). AAS dapat digunakan untuk menganalisa kandungan logam berat antara lain : Pb, Cd, Cu, Cr, Fe, Zn, Mn, Ni dan lain-lain. Hubungan antara konsentrasi atom, jarak rambat cahaya terhadap kumpulan atom dan sejumlah cahaya yang diserap diturunkan dalam Hukum Beer-Lambert. Dalam bentuk unsur, logam akan menyerap UV ketika mereka dipanaskan. Setiap logam memiliki karakteristik panjang gelombang yang akan diserap. Prinsip Kerja AAS
Sampel yang digunakan biasanya berbentuk cairan, oleh karena itu analat (atom atau ion) harus diuapkan terlebih dahulu. Dalam AAS, ada dua metode untuk menambahkan energy panas ke sampel, yaitu : 1. Graphite furnace menggunakan tabung grafit dengan energy listrik yang besar untuk memanaskan dan mengatomisasi sampel. 2. Flame AAS menggunakan api sebagai nebulizer untuk memanaskan sampel sehingga teratomisasi menjadi gas.
M.Ekaditya Albar / 0806331683
Page 3
Atomic Spectroscopy
2010
Flame (energy panas) menyebabkan atom mengalami transisi dari ground state ke excited site. Ketika atom melakukan transisi, atom menyerap beberapa cahaya dari sumber beam (HCL = Hollow Cathode Lamp). Hollow Cathode Lamp (HCL) adalah sumber radiasi yang umum dipakai pada AAS. Di dalam lampu, yang terisi dengan gas argon atau neon, terdapat katoda logam yang mengandung logam yang akan tereksitasi dan sebuah anoda. Ketika beda potensial yang tinggi dilalui ke katoda dan anoda,
partikel
gas
akan
terionisasi.
Pada
pertambahan beda tegangan, ion gas memiliki energy yang cukup untuk mengeluarkan atom logam dari katoda. Beberapa atom akan tereksitasi dan mengemisikan cahaya dengan frekuensi yang sesuai dengan logam yang ada. Semakin besar konsentrasi larutan, semakin banyak energy yang akan diserap. Light beam (HCL) harus diletakkan secara tepat pada bagian terpanas dari api dan mengalirkannya ke detector. Detector akan mengukur intensitas cahaya. Ketika beberapa cahaya diserap, intensitas dari beam akan berkurang. Detector akan menyimpan reduksi cahaya tersebut sebagai absorpsi. Absorpsi tersebut akan menghasilkan pita spectra sebagai berikut :
M.Ekaditya Albar / 0806331683
Page 4
Atomic Spectroscopy
2010
Atomic Emission Spectroscopy (AES) AES
adalah
metode
analisis
kimia
yang
menggunakan intensitas cahaya yang teremisi dari flame, plasma, arc atau spark pada panjang gelombang tertentu untuk menentukan kuantitas atau jumlah dari sebuah unsure atau elemen pada sampel. Panjang gelombang dari garis spectra atomic memberikan identitas dari elemen karena intensitas dari cahaya yang teremisi proporsional dengan jumlah atom pada elemen. Dengan memberikan atom tersebut energy melalui temperature, maka atom-atom tersebut dapat “melompat” ke tingkat energy yang lebih tinggi dan kembali dengan
mengemisikan cahaya tertentu. Prinsip Kerja AES 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. Energy 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 di spectrometer. Inductive Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy Teknik ini menggunakan ICP untuk menghasilkan atom yang tereksitasi dan ion yang menghasilkan radiasi elektromagnetik dari berbagai variasi panjang gelombang. Setiap elemen pada table periodic memiliki panjang gelombang yang khas. Detector M.Ekaditya Albar / 0806331683
Page 5
Atomic Spectroscopy
2010
pada ICP terletak di bawah dan mendeteksi panjang gelombang ini dan juga intensitasnya, serta menghitung jumlah masing-masing elemen yang terdapat pada sampel. Skema kerja ICP :
Spark and Arc Atomic Emission Spectroscopy Spark 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 elektik 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.
Hasil S ectrum AES
M.Ekaditya Albar / 0806331683
Page 6
Atomic Spectroscopy
2010
Atomic Fluorescent Spectroscopy (AFS) Energi yang tersimpan di dalam atom dapat dilepaskan dengan berbagai cara. Ketika energi dilepaskan sebagai cahaya, maka dikenal sebagai fluorescent
(cahaya
yang
berpendar).
Atomic
fluorescent spectroscopy ini mengukur cahaya yang teremisi ini. Fluorescent umumnya diukur pada sudut 90 derajat dari sumber eksitasi untuk meminimalisasi berkumpulnya cahaya yang tersebar dari sumber eksitasi dan biasanya menggunakan rotasi pada prisma Pellin-Broca pada meja kemudi yang juga dapat memisahkan cahaya menjadi spektrum-spektrumnya untuk anilisi yang lebih jelas. Panjang gelombang akan memberitahu kita tentang komposisi atomnya. Untuk penyerapan yang sedikit (konsentrasi yang sedikit pula), intensitas dari cahaya yang terserap sebanding dengan konsentrasi atom. Umumnya atomic fluorescent lebih sensitif (dapat mendeteksi konsentrasi yang rendah) daripada atomic absorption. Prinsip Kerja AFS Analisa
dari
larutan
atau
solid
membutuhkan atom sampel yang menguap atau teratomisasi pada temperature yang relative rendah dalam pipa panas, flame atau graphite furnace.
Sebuah
lampu
HCL
atau
Laser
menghasilkan eksitasi untuk membawa atom ke energy yang lebih tinggi. Atomic fluorescent akan terdispersi dan dideteksi oleh monokromator dan photomultiplier tube yang mirip dengan alat AAS.
M.Ekaditya Albar / 0806331683
Page 7
Atomic Spectroscopy
2010
Perbandingan AAS, AES dan AFS Perbedaan mendasar dari AAS, AES dan AFS dapat dilihat pada gambar di samping. Pada AAS dan AFS memiliki sebuah sumber lampu, yaitu HCL (Hollow Cathode Lamp), sedangkan pada AES tidak memiliki light source. Pada AAS, HCL terpasang tegak lurus terhadap flame dan sejajar dengan arah spectrograph. Pada AFS, light source dan spectrograph membentuk 0
sudut 90 . Pada AES tidak memiliki sumber cahaya karena seluruh sampel akan langsung dibakar oleh flame atau inductive coupled plasma. Sampel yang
terbakar
mengemisikan
tersebut
cahaya
yang
akan akan
diabsorb di spectrograph.
Perbandingan Posisi AAS, AES dan AFS
Perbedaan spectrum antara AAS dan AES dapat dilihat pada spectrum di samping. Pada AAS, spectrum dari atom yang akan diuji akan diabsorb sehingga akan timbul warna hitam. Sedangkan
pada
AES,
proses
pemanasan oleh flame / plasma akan mengemisikan warna spectrum dari atom yang diuji. Perbandingan Spectrum AAS dan AES
M.Ekaditya Albar / 0806331683
Page 8
Atomic Spectroscopy
2010
Perbandingan Energi Transisi Elektron pada AES (a), AAS (b) dan AFS (c)
M.Ekaditya Albar / 0806331683
Page 9
Atomic Spectroscopy
2010
Perbandingan Prinsip Kerja pada AES (a), AAS (b) dan AFS (c)
M.Ekaditya Albar / 0806331683
Page 10
