FOTOMETRI NYALA

• Fotometri nyala merupakan salah satu metoda Spektroskopi Emisi Atom (SEA) yang menggunakan nyala sebagai sumber atomisasi dan eksitasi atom.

Li+ Na+ K+ Cu2+

(Test nyala)

Bagian dari nyala

Nyala terbagi menjadi 3 daerah :1. Kerucut dalam2. Kerucut tengah (zona reaksi)3. Kerucut luar (lapisan luar)

Alas nyala

Kerucut dalam

Zona reaksi

Lapisan luar

Analisis test nyala

• Pembakaran garam ion-ion logam memberikan nyala berwarna yang berbeda dengan panjang gelombang tertentu

• Menunjukkan tiap ion logam memancarkan energi yang berbeda dengan ion logam lainnya

• Sehingga dibutuhkan suatu metode yang dapat menerjemahkan energi yang dipancarkan ion-ion logam tersebut

A. PRINSIP DASAR FOTOMETRI NYALA

• Analisis berdasarkan intensitas cahaya yang diemisikan

dari warna nyala yang dihasilkan oleh suatu atom.

1. Penyerapan energi oleh atom (elektron mengalami transisi),

2. Energi akan terpancar ketika elektron kembali ke keadaan dasar ,

energi tersebut kemudian diukur oleh detektor.

• Pada proses atomisasi terjadi disosiasi pada molekul-

molekul sampel untuk diubah menjadi atom-atom

dalam keadaan gas.

• Atom mengabsorpsi sinar UV atau sinar tampak sehingga mengalami

transisi ke tingkat energi elektronik yang lebih tinggi.

ENERGI +

keadaandasar

keadaantereksitasi

proses eksitasi

Atom dapat menyerap energi untuk tereksitasi

+ hvkeadaan

dasarkeadaan

tereksitasi

proses deeksitasi

Pada saat kembali ke keadaan dasar, atom

dapat memancarkan energi

Energi yang diemisikan dapat berupa energi cahaya dengan panjang gelombang yang berhubungan langsung dengan transisi elektronik yang terjadi.Setiap unsur mempunyai struktur elektronik yang khas, maka panjang gelombang yang diemisikan-pun merupakan sifat khas dari suatu unsur.Energi yang dipancarkan ditangkap oleh detektor , kemudian diperoleh spektrum berupa spektrum garis dengan berbagai panjang gelombang yang khas untuk setiap atom.

123

EKSITASI EMISI

keadaandasar

keadaantereksitasi energi

cahaya

EKSITASI EMISI

C. ALAT FOTOMETRI NYALA

Larutan cuplikan

Cerobong pembakaran

Pembacaan

0.245

KompresorCuplikan

Gas

Readout

Ruang pengkabutan

Monokhromator Filter Photodetector

Amplifier

Skema Alat

1.Pengatur Tekanan2. Atomiser3. Pembakar4. Sistem Optik 5.Filter atau monokromator6. Detektor7. Amplifier8. Recorder

Komponen Alat

1. Pengaturan Tekanan

• Pengaturan dilakukan terhadap bahan bakar atau udara yang dialirkan, untuk mendapatkan suhu yang tepat

• Jumlah gas yang mengalir berkisar 2-10 kaki/ jam

2. Atomizer

Proses pengubahan cuplikan menjadi atom-atom melalui proses pengkabutan.

M+A- M+A- MA MA MA Mo + Ao

M*

(larutan) (aerosol) (gas)(cair)(padat) (gas)

(gas)

pengabutandesolvasi

pelelehanpenguapan

atomisasi

eksitasi

• Ada 2 : pertama, menyemprotkan sampel ke tempat pengkondensasi dan kedua, menyemprotkan sampel langsung ke nyala

3. Pembakar

Pada fotometri nyala menggunakan nyala sebagai sumber atomisasi dan eksitasi atom. Nyala berasal dari reaksi pembakaran antara oksidan dengan bahan bakar (fuel).

• Agar nyala konstan, pembakar harus disuplai dengan bahan bakar dan oksigen atau udara yang tetap

• Nyala dengan temperatur rendah : pembakar Meker• Campuran bahan bakar dan udara sangat penting untuk mencapai

suhu tertentu.

Bahan bakar Suhu (˚C)yang dicapai dengan oksidan

udara oksigenHidrogen 2100 2780Asetilen 2200 3050Propana 1925 2800Butana 1900 2900

Suhu maksimum nyala

4. Sistem Optik

• Mengumpulkan cahaya yang penting dari nyala, menjadikannya monokromatik dan memfokuskannya ke detektor.

• Cermin cekung terletak di belakang nyala dengan nyala sebagai titik fokus

• Lensa berfungsi untuk mengumpulkan cahaya, yang kemudian dikumpulkan melalui celah yang deteruskan ke monokromator

5. Monokromator

• Monokromator merupakan alat yang berfungsi untuk memisahkan radiasi yang tidak diperlukan dari spektrum radiasi lain yang dihasilkan oleh nyala.

6. Detektor

• Detektor merupakan alat yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik, yang memberikan suatu isyarat listrik berhubungan dengan daya radiasi yang diserap oleh permukaan yang peka. Mendeteksi radiasi dari monokromator.

• Harus peka terhadap cahaya• Untuk kepekaan yang tinggi dipakai Multi-photo tube

dan dihubungkan dengan suatu amplifier• Arus yang dihasilkan dihubungkan dengan galvanometer

bersatuan skala %E (emisi)

7. Amplifier

Amplifier berfungsi untuk mengolah kuat arus dari detektor menjadi besaran daya serap atom transmisi yang selanjutnya diubah menjadi data dalam sistem pembacaan.

8. RecorderSistem pembacaan merupakan bagian yang menampilkan suatu angka yang dapat dibaca oleh mata. Angka yang diperoleh adalah dalam bentuk nilai absorbansi.

LANGKAH KERJA FOTOMETRI NYALA

• Udara menghisap cuplikan yang berbentuk larutan ke dalam atomizer• Di dalam ruang pengkabutan (atomizer) udara yang membawa

cuplikan dalam bentuk butiran halus bertemu dengan gas pembakar.• Campuran dibakar sehingga memberikan nyala api

• Di dalam nyala cuplikan akan mengalami proses desolvasi dan volatilisasi sehingga terbentuk atom netral

• Atom tersebut mengalami eksitasi dan akan segera kembali ke tingkat energi dasar

• Berkas sinar setelah melewati lensa dan celah, akan melalui filter. Filter ini spesifik dan hanya meneruskan panjang gelombang tertentu yang mempunyai intensitas yang tinggi

• Sinar emisi mengenai fotodetektor dan menimbulkan arus listrik yang berbanding lurus dengan intensitas sinar emisi, isyarat dari foto detektor dibaca pada bagian read out.

PENERAPAN

• Penerapan fotometri nyala yang paling penting melibatkan analisis yang sukar dikerjakan dalam cara-cara lain dimana kecepatan agak lebih penting dari pada kecermatan tertinggi.

• Fotometri nyala dapat digunakan dalam analisis logam alkali terutama natrium dan kalium.

• Analisis ion-ion ini penting sebab logam-logam alkali ini hanya sedikit membentuk senyawa yang mengandung kromofor sebagai dasar spektrometri UV-tampak, mereka tidak elektroaktif pada potensial yang wajar untuk teknik elektroanalitis seperti polarografi, mereka membentuk sedikit senyawa yang yang tak larut, sehingga spektometri nyala sangat bermanfaat dalam analisis ini.

• Spektometri nyala dapat digunakan dalam penetapan kadar litium (Li2+) terhadap sempel serum, yang digunakan dalam kedokteran jiwa untuk npasien yamg mengalami ketegangan jiwa.

• Fotometrik pengukuran dapat dikombinasikan dengan invers hukum kuadrat untuk menentukan luminositas sebuah benda jika jarak dapat ditentukan, atau jika jarak luminositas dikenal. Sifat fisik lainnya suatu objek, seperti para suhu atau komposisi kimia, dapat ditentukan melalui luas atau sempit-band spektrofotometri. Biasanya fotometrik beberapa objek pengukuran diperoleh melalui dua filter diplot pada diagram warna-besarnya, yang untuk bintang adalah versi diamati Hertzsprung-Russell diagram.

• Fotometri juga digunakan untuk mempelajari variasi cahaya objek seperti bintang variabel, planet minor, inti galaksi aktif dan supernova, atau untuk mendeteksi planet ekstrasurya transit. Pengukuran variasi ini dapat digunakan, misalnya, untuk menentukan periode orbit dan jari-jari anggota yang menutupi bintang biner sistem, periode rotasi sebuah planet kecil atau bintang, atau energi total output supernova.

Contoh Sampel yang dianalisis dengan fotometri nyala

• Andaikan akan menganalisis natrium. Dapat ditambahkan garam litium dalam kuantitas yang konstan kedalam larutan-larutan natrium standar dan tidak diketahui.

• Pemilihan lituim didasarkan pada kemiripan dengan natrium dalam responsnya terhadap variasi eksitasi.

• Radiasi yang dipancarkan dalam satu arah dari dalam nyala dilewatkan ke filter yang meneruskan hanya garis natrium kuning ke detektor.

• Radiasi yang dipancarkan dalam suatu arah lain menuju filter yang meneruskan hanya garis litium dan dari situ ke suatu detektor kedua.

• Suatu rangkaian pengukur membandingkan kedua isyarat detektor itu

• Kurva kalibrasi untuk kasus semacam itu akan berupa suatu grafik dengan rasio pancaran natrium terhadap litium diplotkan terhadap konsentrasi natrium dari larutan-larutan standar.

Aplikasi

1. Analisis Kualitatif- Penentuan garis-garis spektrum yang khas

- Membandingkan garis spektrum yang diperoleh dengan garis-garis spektrum dari “reference standard” atau tabel.

2. Analisis Kuantitatif

- Penentuan kadar logam

- Menghubungkan intensitas sinar emisi dengan konsentrasi analit.

- Semakin banyak atom-atom yang mengalami emisi, semakin besar intensitas sinar yang diemisi.

Penentuan konsentrasi secara kuantitatif larutan dapat dilakukan dengan tiga cara:

1. Cara Intensitas (pembacaan) Langsung2. Cara Penambahan Standar:

a. Cara Penambahan Standar Parsialb. Cara Penambahan Standar Berseri

3. Cara Standar Dalam

Langkah Analisis

CARA INTENSITAS LANGSUNG

1. Membuat larutan standar (induk).

2. Membuat deret standar dan mengukur % emisinya.

3. Mengukur % emisi analit.4. Menentukan kadar logam dalam

analit dari kurva kalibrasi.

Penentuan Kadar Kalium dalam KNO3

1. Membuat Larutan Induk

2, 589 gr KNO3

Dilarutkan dalam 1 liter aquades

Larutan induk KNO3 1000 ppm

1000 ppm K+ = 1000 mg K+

1 liter larutan

Mol K+ = 1,0 gr 39 gr.mol-1

Massa KNO3 = 0,0256 mol x 101 gr.mol-1

= 2, 589 gr

Penentuan Kadar Kalium dalam KNO3

2, 589 gr KNO3

Diambil 25 mL

Dilarutkan dalam labu ukur 100 mL

Diencerkan sampai 100 mL

Penentuan Kadar Kalium dalam KNO3

Untuk sampel:

2. Membuat deret larutan standar dengan konsentrasitertentu kemudian mengukur % emisinya

KURVA KALIBRASI y = 4.8732x

R2 = 0.999

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

Konsentrasi (ppm)

% E

mis

i

Penentuan Kadar Kalium dalam KNO3

3. Mengukur % Emisi sampelmisal, diperoleh % E sampel = 17,0

4. Menentukan kadar sampelcara 1 : langsung dilihat dari kurva kalibrasicara 2 :slope = 4,873ppm sampel = slope / % E

= 4,873 / 17= 3,48 ppm

Penentuan Kadar Kalium dalam KNO3

Jadi, kadar Kalium dalam sampel adalah :% K = 100 mL x 100 mL x 3,48 mg x 100 %

25 mL 1000 mg 1000 mL= 0, 139 %

Penentuan Kadar Kalium dalam KNO3

Cara Penambahan Parsial

• a. Membuat larutan standar yang mengandung unsur X (yang akan dianalisis) dan diketahui konsentrasinya.

• b. Mengukur intensitas larutan standar.• c. Membuat kurva kalibrasi larutan standar.

a. Larutan dibagi dalam 2 wadah dengan volum yang sama.

b. Larutan dalam wadah I diukur intensitasnya (I1).

c. Larutan dalam wadah II ditambah larutan standar.

d. Diukur intensitas dari larutan dalam wadah II (I2) yang telah ditambahkan larutan standar.

Untuk sampel :

e. Alurkan I1 dan I2 kepada kurva kalibrasi sehingga dapat diperoleh konsentrasi I dan II.

Jadi, konsentrasi x dalam cuplikan = kadar x dalam C2 – kadar x dalam C1.

C1 C2

I1

I2

Cuplikan dibagi dalam 5 tabung dengan volum yang sama.

Tabung 2, 3, 4 dan 5 ditabahkan larutan standar dengan konsentrasi yang makin tinggi, sedangkan tabung 1 tanpa penambahan standar.

Kelima tabung tersebut diukur intensitasnya.

Cara Penambahan Standar Berseri

Di buat kurva dengan mengalurkan intensitas terhadap konsentrasi larutan yang ditambahkan.

Cx

Cara Standar Dalam

Cuplikan dibagi dalam 5 tabung dengan volum yang sama. Tabung 2, 3, 4 dan 5 ditabahkan larutan standar dengan

konsentrasi yang makin tinggi, sedangkan tabung 1 tanpa penambahan standar.

Kelima tabung tersebut diukur intensitasnya.

KEUNGGULAN DAN KELEMAHAN

Keunggulan

1. Relatif lebih murah dibanding dengan AAS2. Analisis dapat dilakukan dengan cepat

(beberapa jam)3. Tidak memperhatikan warna larutan

(dibandingkan dengan UV-Vis)4. Dapat mengukur pada konsentrasi yang rendah

(ppm/ppb)

Kekurangan

1. Pengukuran terbatas pada logam-logam alkali dan alkali tanah

2. Hasil analisis kuantitatif kurang akurat dibanding AAS (karena adanya faktor self adsorpsi)

Perbedaan AAS dan fotometri nyala

• metode dan instrumentasinyaPada AAS terjadi penyerapan sumber radiasi (di luar nyala) oleh atom-atom netral dalam keadaan gas yang berada dalam nyala.

Radiasi yang diserap oleh atom-atom netral dalam keadaan gas tadi biasanya radiasi sinar tampak atau sinar ultraviolet sehingga seolah-olah nyala api gas pembakar dan molekul atom netral di dalamnya adalah kuvet pada spektrofotometri UV-VIS.

• Dilihat dari sumber energinya

Pada fotometri nyala, sumber energinya adalah nyala bunsen (flame) dengan gas kota dan udara atau oksigen.

Pada AAS, Sumber energinya adalah Hollow cathode. Hollow cathode akan meamancarkan energi radiasi yang sesuai dengan energi yang diperlukan untuk transisi elektron atom. Nyala dalam AAS digunakan untuk pembentukan atom.

• Dilihat dari energi yang diserap atau dipancarkan 

spektrokopi serapan atom (AAS) terdapat pengukuran terhadap energi yang diserap oleh atom.Pada Fotometri nyala terdapat pengukuran terhadap energi yang dipancarkan dengan intensitas sinar yang dipancarkan/diemisikan.

• Dilihat dari kegunaanfotometri nyala (spektroskopi emisi atom) sangat baik untuk analisis kualitatif, sedangkan AAS ( spektroskopi serapan atom) sangat baik untuk analisis kuantitatif.

Persamaan AAS dan fotometri nyala

• Larutan sampel/cuplikan yang diukur baik oleh fotometri nyala maupun AAS adalah berupa larutan, biasanya menggunakan air sebagai pelarutnya. Larutan cuplikan ini akan mengalir ke dalam ruang pengkabutan, karena terisap oleh aliran gas bahan bakar dan oksigen yang cepat.

• Kedua metoda berguna dalam penentuan ion-ion logam yang sangat encer secara cepat.