SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN ATOM (AAS-2)

I. TUJUAN PERCOBAANSetelah melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan dapat:1. Menggunakan alat spektrofotometri serapan atom;2. Menganalisis cuplikan secara spektrofotometri serapan atom.

II. ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKANAlat yang digunakan:1. Peralatan GBC AAS 932 Plus2. Lampu katoda rongga (Mg)3. Labu takar 1 liter4. Labu takar 100 mL5. Gelas piala6. Gelas arloji7. Corong gelas8. Batang pengaduk9. Pipet tetes10. Pipet ukur 1 mL11. Botol semprot

Bahan yang digunakan:1. Larutan standar Mg konsentrasi 2 ppm, 4 ppm, 6 ppm, 8 ppm dan 10 ppm2. Aquabidest/Aquades3. Sampel A, B dan C

III. DASAR TEORISejarah 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 digantikan dengan Spektrometri Serapan Atom (SSA).

SumberAtomisasiSumber atomisasi dibagi menjadi dua yaitu sistem nyala dan sistem tanpa

nyala. Kebanyakan instrument sumber atomisasinya adalah nyala dan sampel di introduksikan dalam bentuk larutan. Sampel masuk ke nyala dalam bentuk aerosol. Aerosol biasa dihasilkan oleh nebulizer (pengabut) yang dihubungkan ke nyala oleh ruang penyemprot (chamber spray). Jenis nyala yang digunakan secara luas untuk pengukuran analitik adalah udara-asetilen dan nitrous oksida-asetilen. Dengan kedua jenis nyala ini, kondisi analisis yang sesuai untuk kebanyakan analit dapat ditentukan dengan menggunakan metode-metode emisi, absorbansi dan juga flourosensi.Dalam SSA ada beberapa metode atomisasi yang digunakan:1. Atomisasi dengan nyala (Flame SSA)

Teknik ini menggunakan nyala sebagai sel tempat cuplikan. Cuplikan dalam bentuk larutan disemprotkan ke dalam nyala pembakar bercampur dengan gas bahan bakar dan gas pengoksidasi. Dalam nyala cuplikan mengalami beberapa proses yaitu penguapan pelarut meninggalkan butiran-butiran padatan yang kemudian langsung terurai menjadi atom-atomnya atau berubah terlebih dahulu menjadi uap dan kemudian terurai, dan atom-atom energi cahaya dari sumber cahaya dan tereksitasi ke tingkat energi lebih tinggi.

Pada SSA nyala keberhasilan proses pengatoman bergantung pada suhu nyala yang digunakan :

Nyala udara-asetilen (air-asetylena flame). Menghasilkan suhu maksimum 2300oC

Nyala N2O-asetilen (N2O-asetylena flame). Menghasilkan suhu maksimum 3000oC, digunakan untuk senyawa refraktori yaitu senyawa yang sukar diuraikan.

Nyala udara-propana menghasilkan suhu maksimum 1800oC.

Selain menggunakan campuran-campuran gas tersebut, ada juga jenis nyala yang disebut nyala udara terbawa (entrained air flames). Jenis nyala ini hanya digunakan untuk keperluan khusus seperti pada teknik generasi. Penguapan

(vapor generation). Gas bahan bakar yang digunakan adalah gas hydrogen yang diencerkan oleh gas inert seperti nitrogen atau argon.

2.  Generasi Hidrida (Hydride Generation Methode)Beberapa logam dapat membentuk hidrida yang mudah menguap. Dengan

cara pembentukan hidrida proses penguapan dapat dilakukan pada suhu rendah atau suhu kamar. Teknik SSA generasi hidrida dapat diterapkan untuk beberapa macam logam yaitu : As, Sb, Se, Sn, Te, Bi. Hidrida dibentuk dengan cara mereaksikan cuplikan dengan natrium borohidrida (NaBH4) atau dilakukan dengan memberikan reduktor dari KI dan SnCl2, ditambah Zn dan asam kuat. Kemudian hidrida logam yang terbentuk dialirkan ke sel gas panas menggunakan aliran argon/nitrogen dan dialirkan ke dalam sel gas di atas nyala Ar-H2 atau udara-asitilena.Selanjutnya akan teratomisasi menjadi atom-atom bebas.

3. SSA Tungku Grafit (Graphite Furnace)SSA nyala memberikan kemudahan dalam pengoprasian alat dengan

ketelitian dan kepekaan yang cukup tinggi tetapi mempunyai kelemahan dalam penggunaan nyala yaitu efesiensi pengatoman rendah, penggunaan gas mempertinggi biaya oprasional, kemungkinan bahaya ledakan dan memerlukan cuplikan dalam jumlah cukup banyak. Untuk mengatasi hal-hal tersebut, dikembangkan teknik tanpa nyala menggunakan tungku grafit sebagai pengganti nyala yang mempunyai efesiensi atomisasi 90% dibanding nyala efesiensi atomisasi 10%.

Tungku grafit yang digunakan berupa tabung silinder tersebut dari grafit terkompresi dengan atau tanpa pelapisan grafit pirolitik. Tungku dipanaskan dengan listrik yang dapat diatur suhunya sesuai kebutuhan. Tungku ini dihubungkan dengan platform L’vovuntuk memasukkan gas inert ke dalam tabung yang berguna untuk mencegah oksidasi tabung grafit selama proses pemanasan.

4. Atomisasi dengan Metode Penguapan (Vapour Generation methode)Metode atomisasi ini memberikan sensitivitas yang lebih tinggi dari pada

metode atomisasi di atas, yaitu Metode Penguapan Merkuri ( Mercuri Generation Methode). Ada 4 metode dalam menguapkan Hg yaitu:

1) Reduksi – Aerasi: Hg dalam larutan air direduksi dan kemudian dikeluarkan dari larutan dengan cara mengalirkan gelembung gas.

2) Pemanasan:   Cuplikan dipirolisis atau dibakar.3) Amalgamasi Elektrolitik: Hg dilapiskan pada katode Cu selama

elektrolisis. Katoda kemudian dipanaskan untuk membebaskan Hg.

4) Amalgasi Langsung: Hg dikumpulkan pada kawat Ag atau Cu    yang kemudian dibebaskan dengan pemanasan. Metode ini dapat digabung dengan 1 dan 2 sebagai metode konsentrasi.

Sistem PengabutSistem Pengabut terdiri dari 3 komponen yaitu: pengabut (nebulizer),

ruang semprot (spray chamber), dan pembakar (burner).1. Pengabut (nebulizer)

Sistem berfungsi mengubah larutan menjadi butir-butir kabut. Pengabut yang digunakan adalah tipe pneumatic dimana gas dialirkan melalui lubang mulut (orifice) dan menyebabkan udara menjadi vakum dan menarik larutan melalui kapiler.2. Ruang Semprot (spray chamber)

Ruang semprot berfungsi untuk memisahkan partikel-partikel besar dan kecil. Partikel kecil ini kemudian dikirim ke pembakar. Jika partikel besar yang masuk ke pembakar maka temperatur nyala akan berkurang, karena partikel besar tidak dapat diuapkan dengan cepat. Untuk mendapat kepekaan optimal, ukuran partikel yang masuk kepembakar harus < 10µm.3. 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 pematik api, dimana pada lobang inilah awal dari proses pengatomisasian nyala api.4. Sistem Monokromator dan Detektor

Sistem monokromator berfungsi untuk memilih-milih atau memisahkan fraksi radiasi yang diteruskan dari radiasi lainnya setelah radiasi resonansi dari lampu katoda berongga. Intensitas radiasi yang diteruskan kemudian diubah menjadi energi listrik oleh “photo multiplier” atau PMT dan selanjutnya diukur oleh detektor dan dicatat oleh alat pencatat berupa rekorder, printer.

Gangguan – gangguan (Interference)Gangguan-gangguan diklasifikasi sebagai suatu proses yang menyebabkan

kesalahan pengukuran, diantaranya:

a.  Gangguan Spektrum (Spectral Interference)Gangguan sinar emisi. Di dalam bagian atomizer selain terbentuk atom

yang stabil terjadi juga atom yang tereksitasi dan dapat menghasilkan sinar emisi dengan panjang gelombang yang sama dengan sinar katoda, sehingga tidak dapat dipisahkan oleh monokromator. Hal ini dapat menambah sinar yang ditransmisikan dan akan memperkecil kadar. Gangguan ini dapat diatasi dengan

modulator. Ada 2 sistem modulasi yaitu : Chopper (mechanicaly modulation) dan Voltage (electric modulation).

Meskipun gangguan ini sangat sederhana, tetapi gangguan ini dapat mengakibatkan tumpangsuh panjang gelombang  (Line Overlap), misalnya seperti terlihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 1. Gangguan Spektrum terhadap Panjang Gelombang.Unsur Panjang Gelombang Unsur

PenggangguPanjang

GelombangAl 308,33 V 308,21

Cu 324,75 Eu 324,76

Fe 271,90 Pt 271,9

Ga 403,30 Mn 403,31

Hg 253,65 Co 253,65

Mn 403,31 Ga 403,30

Sr 250,69 V 250,69

Bentuk lain dari gangguan spektrum: Berkas sinar yang dipancarkan oleh lampu katode berongga tidak diserap

atau absorban menjadi lebih kecil dari yang seharusnya. Berkas sinar katode menyimpang. Terjadinya penyerapan bukan atom, misalnya penyerapan molekul.

b. Gangguan fisikaPerbedaan-perbedaan yang signifikan antara sifar-sifat sampel dan larutan

standar seperti viskositas (kekentalan), tegangan permukaan, berat jenis, dan sifat-sifat fisik lainnya dapat menyebabkan perbedaan didalam nebuliser. Hal ini karena hanya aerosol yang sangat kecil (finest mist) yang akan mencapai nyala dan proporsi sampel yang dapat dikonversi menjadi ”fine mist” tergantung pada sifat-sifat fisiknya. Perlu dicatat bahwa sifat fisik ini dapat juga tergantung pada pH.

c. Gangguan kimiaGangguan-gangguan kimiawi dapat mempengaruhi jumlah atom bebas

yang mencapai sinar (optical path) untuk diserap. Fakto-faktor seperti adanya cuplikan yang mengendap akan mempengaruhi proses masuknya cuplikan

kedalam nebulizer, dan juga sifat fisik larutan seperti kekentalan, tegangan permukaan,  pH, tekanan uap pelarut dan berat jenis.

d. Gangguan ionisasiJika analit yang akan diukur terionisasi didalam nyala karena eksitasi

termal, maka sensitivitas pengukuran terhadap analit menurun karena jumlah radiasi yang diserap sangatlah kecil. Hal ini dapat diatasi dengan menambahkan logam lain yang lebih mudah terionisasi dengan konsentrasi yang tinggi, misalnya K, Rb, atau Cs. Kalium lebih sering dipakai karena Rb dan Cs sangat mahal. Ketika logam yang lebih mudah terionisasi ditambahkan (misalnya K), maka :

K → K+ + e-Keseimbangan atom dalam analit yang ditentukan:

M → M+ + e-Keseimbangan reaksi pada analit akan bergeser ke kiri, karena ada

penambahan elektron dari reaksi kesetimbangan Kalium, sehingga atom-atom M dalam keadaan dasar akan lebih banyak.

Pengaturan Alata. Pemilihan Panjang Gelombang

Sebagian unsur dapat dianalisi pada lebih dari satu panjang gelombang. Oleh karena itu, pada saat analisis harus dipilih panjang gelombang dengan absorban yang maksimum. Pemilihan panjang gelombang didasarkan pada unsur yang akan di analisis dalam sampel, misalnya pada penentuan kadar Kalium yang panjang gelombangnya ada tiga jenis, maka pemilihan panjang gelombang tersebut didasarkan pada perkiraan kadar Kalium yang terdapat dalam sampel. b. Pengaturan Arus Lampu

Pada umumnya, spesifikasi tiap lampu dicantumkan dalam sertifikat.c. Pengaturan Slite

Pengaturan slite berdasarkan analisis yang dicantumkan dalam sertifikat. Pada sebagian alat yang menggunakan program computer, biasanya pengaturan alat telah ditentukan.d. Pengaturan Pengabut (Nebulizer) dan Pembakar (Burner)

Tujuan dari pengaturan kembali pembakar yaitu untuk menempatkan posisi optimal nyala dalam sumber sinar.

IV. PROSEDUR PERCOBAAN

A. Setting Gas Supply1. Mengatur gas Acytelene pada range 8-14 psi2. Mengatur Compress Air (udara tekan) pada range 45-60 psi3. Mengatur gas N2O pada range 45-60 psi

(panaskan N2O dengan menghubungkan kabel di regulator ke sumber PLN)4. Menyalakan blower (exhause)

B. Setting Instrumen1) Menghidupkan komputer2) Memilih icon GBC versi 1.33, klik dua kali. Tunggu hingga selesai.3) Menekan metode, lalu mengatur dengan ketentuan berikut:

Description (mengatur unsur yang akan diamati; memasukkan nama unsur atau klik pada tabel sistem perioda)

Instrumen (memasukkan arus lampu dan panjang gelombang maksimum, sesuai tabel di kotak lampu)

Measurement (memilih Integration, masukkan waktu pembacaan dan jumlah replika yang akan digunakan)

Calibrasi (memilih linier least square trought zero) Standard (menambah atau kurangi row sesuai jumlah standar yang

digunakan) Quality (membiarkan seperti apa adanya) Flame (memilih tipe nyala api pembakaran, pilih Air-Acetylen)

4) Menekan sampel Menambah atau kurangi row untuk sampel yang digunakan

5) Menekan analisis (menghubungkan dengan file, biarkan seperti adanya)6) Menekan result (menampilkan layar untuk pengamatan hasil)

C. Persiapan SampelMenyiapkan sampel, encerkan bila perlu (koordinasi dengan instruktur)

D. Pengukuran Sampel1) Menekan air acytelene diikuti IGNITION (penyalaan).2) Menekan START pada aplikasi window, tunggu sampai terbaca instrument

ready di bagian bawah layar.3) Menekan ZERO pada window, tunggu hingga instrument ready muncul.4) Komputer akan meminta cal blank (aspirasikan larutan pengencer aquades

yang digunakan), klik OK, program akan mengukur blanko.

5) Setelah blanko selesai, program akan meminta standar 1, mengaspirasikan larutan standar 1, klik OK. Melakukan pengulangan untuk seluruh larutan standar.

6) Setelah semua larutan standar, program akan meminta sampel, mengaspirasikan sampel secara berurutan.

Data akan tampil di layar, hasil pengamatan sampel juga akan tampil dalam bentuk konsentrasi langsung.

V. KESELAMATAN KERJAPada saat bekerja dengan spektrofotometer atom, gunakan pelindung mata

karena menggunakan nyala api.