SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN ATOM

I. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan dapat :

1. Menggunakan alat spektrofotometri serapan atom2. Menganalisis cuplikan secara spektrofotometri serapan atom

II. ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN

Alat yang digunakan

1. Peralatan GBC AAS 932 Plus2. Lampu katoda rongga (misalnya Cu dan Fe)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 Mg 1000 ppm2. Aquadest3. Sampel

III. TEORI DASAR

3.1.       Teori Spektrofotometri Serapan Atom

Prinsip dasar  Spektrofotometri serapan atom adalah interaksi antara radiasi elektromagnetik

dengan sampel. Spektrofotometri serapan atom merupakan metode yang sangat tepat untuk analisis zat

pada konsentrasi rendah (Khopkar, 1990).  Teknik ini adalah teknik yang paling umum dipakai untuk

analisis unsur.  Teknik-teknik ini didasarkan pada emisi dan absorbansi dari uap atom.  Komponen kunci

pada metode spektrofotometri Serapan Atom adalah sistem (alat) yang dipakai untuk menghasilkan uap

atom dalam sampel. (Anonim, 2003)

Cara kerja Spektroskopi Serapan Atom ini adalah berdasarkan atas penguapan larutan sampel,

kemudian logam yang terkandung di dalamnya diubah menjadi atom bebas. Atom tersebut mengapsorbsi

radiasi dari sumber cahaya yang dipancarkan dari lampu katoda (Hollow Cathode Lamp) yang

mengandung unsur yang akan ditentukan. Banyaknya penyerapan radiasi kemudian diukur pada panjang

gelombang tertentu menurut jenis logamnya (Darmono,1995).

 Jika radiasi elektromagnetik dikenakan kepada suatu atom, maka akan terjadi eksitasi elektron

dari tingkat dasar ke tingkat tereksitasi. Maka setiap panjang gelombang memiliki energi yang spesifik

untuk dapat tereksitasi ke tingkat yang lebih tingggi. Besarnya energi dari tiap panjang gelombang dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan  :

E=h cλ

    

                                        Dimana E = Energi (Joule)                  h = Tetapan Planck ( 6,63 . 10 -34 J.s)                 C = Kecepatan Cahaya ( 3. 10 8 m/s), dan

   λ = Panjang gelombang (nm)

Larutan sampel diaspirasikan ke suatu nyala dan unsur-unsur di dalam sampel diubah menjadi

uap atom sehingga nyala mengandung atom unsur-unsur yang dianalisis. Beberapa diantara atom akan

tereksitasi secara termal oleh nyala, tetapi kebanyakan atom tetap tinggal sebagai atom netral dalam

keadaan dasar (ground state).  Atom-atomground state ini kemudian menyerap radiasi yang diberikan

oleh sumber radiasi yang terbuat oleh unsur-unsur yang bersangkutan.  Panjang gelombang yang

dihasilkan oleh sumber radiasi adalah sama dengan panjang gelombang yang diabsorpsi oleh atom

dalam nyala.  Absorpsi ini mengikuti hukum Lambert-Beer, yaitu absorbansi berbanding lurus dengan

panjang nyala yang dilalui sinar dan konsentrasi uap atom dalam nyala.  Kedua variabel ini sulit untuk

ditentukan tetapi panjang nyala dapat dibuat konstan sehingga absorbansi hanya berbanding langsung

dengan konsentrasi analit dalam larutan sampel. Teknik-teknik analisisnya yaitu kurva kalibrasi, standar

tunggal dan kurva adisi standar (Anonim, 2003).

Aspek kuantitatif dari metode spektrofotometri diterangkan oleh hukum Lambert-Beer, yaitu:

A = ε . b . c atau A = a . b . c         

Dimana :A = Absorbansiε  = Absorptivitas molar (mol/L)

a = Absorptivitas (gr/L)b = Tebal nyala    (nm)

c = Konsentrasi    (ppm)

Absorpsivitas molar (ε) dan absorpsivitas (a) adalah suatu konstanta dan nilainya spesifik untuk

jenis zat dan panjang gelombang tertentu, sedangkan tebal media (sel) dalam prakteknya tetap.  Dengan

demikian absorbansi suatu spesies akan merupakan fungsi linier dari konsentrasi, sehingga dengan

mengukur absorbansi suatu spesies konsentrasinya dapat ditentukan dengan membandingkannya

dengan konsentrasi larutan standar.

3.2          Instrumentasi Spektrofotometri Serapan Atom

Alat spektrofotometer serapan atom terdiri dari rangkaian dalam diagram skematik berikut:

Komponen-komponen Spektrofotometri Serapan Atom (SSA)

1.       Sumber Sinar

Sumber radiasi SSA adalah Hallow Cathode Lamp (HCL). Setiap pengukuran dengan SSA kita

harus menggunakan Hallow Cathode Lamp khusus misalnya akan menentukan konsentrasi tembaga dari

suatu cuplikan.  Maka kita harus menggunakanHallow Cathode khusus.  Hallow Cathode akan

memancarkan energi radiasi yang sesuai dengan energi yang diperlukan untuk transisi elektron atom.

 Hallow Cathode Lamp terdiri dari katoda cekung yang silindris yang terbuat dari unsur yang

sama dengan yang akan dianalisis dan anoda yang terbuat dari tungsten. Dengan pemberian tegangan

pada arus tertentu, logam mulai memijar dan dan atom-atom logam katodanya akan teruapkan dengan

pemercikan.  Atom akan tereksitasi kemudian mengemisikan radiasi pada panjang gelombang tertentu

(Khopkar, 1990).

            Sumber radiasi lain yang sering dipakai adalah ”Electrodless Dischcarge Lamp” lampu ini

mempunyai prinsip kerja hampir sama dengan Hallow Cathode Lamp (lampu katoda cekung), tetapi

mempunyai output radiasi lebih tinggi dan biasanya digunakan untuk analisis unsur-unsur As dan Se,

karena lampu HCL untuk unsur-unsur ini mempunyai signal yang lemah dan tidak stabil yang bentuknya

dapat dilihat pada Gambar 4.

2.       Sumber atomisasi

Sumber atomisasi dibagi menjadi dua yaitu sistem nyala dan sistem tanpa nyala.  Kebanyakan

instrumen sumber atomisasinya adalah nyala dan sampel diintroduksikan 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, absorbsi dan juga fluorosensi.

1. Nyala udara asetilen

Biasanya menjadi pilihan untuk analisis mengunakan SSA. Temperatur nyalanya yang lebih

rendah mendorong terbentuknya atom netral dan dengan nyala yang kaya bahan bakar pembentukan

oksida dari banyak unsur dapat diminimalkan.

2. Nitrous oksida-asetilen

 Dianjurkan dipakai untuk penentuan unsur-unsur yang mudah membentuk oksida dan sulit

terurai. Hal ini disebabkan karena temperatur nyala yang dihasilkan relatif tinggi. Unsur-unsur tersebut

adalah: Al, B, Mo, Si, So, Ti, V, dan W.

Prinsip dari SSA, larutan sampel diaspirasikan ke suatu nyala dan unsur-unsur di dalam sampel

diubah menjadi uap atom sehingga nyala mengandung atom unsur-unsur yang dianalisis. Beberapa

diantara atom akan tereksitasi secara termal oleh nyala, tetapi kebanyakan atom tetap tinggal sebagai

atom netral dalam keadaan dasar ( ground state ). Atom-atom ground state ini kemudian menyerap

radiasi yang diberikan oleh sumber radiasi yang terbuat dari unsur-unsur yang bersangkutan. Panjang

gelombang yang dihasilkan oleh sumber radiasi adalah sama dengan panjang gelombang yang

diabsorbsi oleh atom dalam nyala.

3.   Monokromator

Monokromator merupakan alat yang berfungsi untuk memisahkan radiasi yang tidak diperlukan dari

spektrum radiasi lain yang dihasilkan oleh Hallow Cathode Lamp

4.   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.

5.  Sistem pengolah

Sistem pengolah berfungsi untuk mengolah kuat arus dari detektor menjadi besaran daya serap atom

transmisi yang selanjutnya diubah menjadi data dalam sistem pembacaan.

6.       Sistem pembacaan

Sistem pembacaan merupakan bagian yang menampilkan suatu angka atau gambar yang dapat dibaca

oleh mata.

3.3          Optimasi peralatan Spektrofotometri Serapan Atom

                Pada peralatan optimasi Spektrofotometri Serapan Atom agar memberikan wacana dan sejauh

mana sensitivitas dan batas deteksi alat terhadap sampel yang akan dianalisis, optimasi pada peralatan

SSA meliputi:

         Pemilihan persen (%) pada transmisi

         Lebar celah (slith width)

         Kedudukan lampu terhadap focus slit

         Kemampuan arus lampu Hallow Cathode

         Kedudukan panjang gelombang (λ)

         Set monokromator untuk memberikan sinyal maksimum

         Pemilihan nyala udara tekanan asetilen

         Kedudukan burner agar memberikan absorbansi maksimum

         Kedudukan atas kecepatan udara tekan

         Kedudukan atas kecepatan asetilen.

Tabel 2. Kondisi SSA untuk analisis logam Sn,Zn, dan Pb (Rohman, 2007)

LogamPanjang

gelombang (nm)Tipe nyala

Kisaran kerja (µg/L)

Batas Deteksi (µg/L)

Sn 224,6 UH 15-60 0,03

Zn 213,9 UA 0,4-1,6 0,001

Pb 217 UA 5-20 0,015

Keterangan : UA = Udara-asetilen                           UH = Udara-Hidrogen

Teknik-teknik analisis

Dalam analisa secara spektrometri teknik yang biasa dipergunakan antara lain:

1.       Metode kurva kalibrasi

Dalam metode kurva kalibrasi ini, dibuat seri larutan standard dengan berbagai konsentrasi dan

absorbansi dari larutan tersebut diukur dengan SSA.  Selanjutnya membuat grafik antara konsentrasi (C)

dengan Absorbansi (A) yang akan merupakan garis lurus melewati titik nol dengan slope = ε. B atau

slope = a.b, konsentrasi larutan sampel diukur dan diintropolasi ke dalam kurva kalibrasi atau di

masukkan ke dalam persamaan regresi linear pada kurva kalibrasi

2.       Metode standar tunggal

Metode ini sangat praktis karena hanya menggunakan satu larutan standar yang telah diketahui

konsentrasinya (Cstd).  Selanjutnya absorbsi larutan standard (Astd) dan absorbsi larutan sampel (Asmp)

diukur dengan spektrofotometri.

Dari hukum Beer diperoleh:

Astd = ε. B. Cstd                                            Asmp = ε. B. Csmp

ε. B = Astd/Cstd                                            ε. B = Asmp/Csmp

Sehingga:

Astd/Cstd = Asmp/Csmp                 Csmp = (Asmp/Astd).Cstd

Dengan mengukur absorbansi larutan sampel dan standard, konsentrasi larutan sampel dapat dihitung.

3.       Metode adisi standard

Metode ini dipakai secara luas karena mampu meminimalkan kesalahan yang disebabkan oleh

perbedaan kondisi lingkungan (matriks) sampel dan standard. Dalam metode ini dua atau lebih sejumlah

volume tertentu dari sampel dipindahkan ke dalam labu takar.  Satu larutan diencerkan sampai volume

tertentu, kemudian diukur absorbansinya tanpa ditambah dengan zat standard, sedangkan larutan yang

lain sebelum diukur absorbansinya ditambah terlebih dulu dengan sejumlah tertentu larutan standard dan

diencerkan seperti pada larutan yang pertama.  Menurut hukum Beer akan berlaku hal-hal berikut:

Ax = k.Cx;                                                      AT = k(Cs+Cx)      Keterangan,Cx = konsentrasi zat sampelCs = konsentrasi zat standar yang ditambahkan ke larutan sampelAx = Absorbansi zat sampel (tanpa penambahan zat standar)

AT = Absorbansi zat sampel + zat standar

Jika kedua persamaan di atas digabung, akan diperoleh:

Cx = Cs x {Ax/(AT-Ax)}              

Konsentrasi zat dalam sampel (Cx)dapat dihitung dengan mengukur Ax dan ATdengan

spektrofotometer.  Jika dibuat suatu seri penambahan zat standar dapat pula dibuat suatu grafik antara

AT lawan Cs, garis lurus yang diperoleh diekstrapolasi ke AT = 0, sehingga diperoleh:

Cx = Cs x {Ax/(0-Ax)} ; Cx = Cs x (Ax/-Ax)                             

Gangguan dalam Spektrofotometri Serapan Atom

                Berbagai faktor dapat mempengaruhi pancaran nyala suatu unsur tertentu dan menyebabkan

gangguan pada penetapan konsentrasi unsur.

1.       Gangguan akibat pembentukan senyawa refraktori

Gangguan ini dapat diakibatkan oleh reaksi antara analit dengan senyawa kimia, biasanya anion, yang

ada dalam larutan sampel sehingga terbentuk senyawa yang tahan panas (refractory).  Sebagai contoh

fospat akan bereaksi dengan kalsium dalam nyala menghasilkan pirofospat (Ca2P2O7).  Hal ini

menyebabkan absorpsi ataupun emisi atom kalsium dalam nyala menjadi berkurang.  Gangguan ini dapat

diatasi dengan menambahkan stronsium klorida atau lanthanum nitrat ke dalam larutan.  Kedua logam ini

mudah bereaksi dengan fospat dibanding dengan kalsium sehingga reaksi antara kalsium dengan fospat

dapat dicegah atau diminimalkan. Gangguan ini dapat juga dihindari dengan menambahkan EDTA

berlebih. EDTA akan membentuk kompleks kelat dengan kalsium, sehingga pembentukan senyawa

refraktori dengan fospat dapat dihindarkan.  Selanjutnya kompleks Ca-EDTA akan terdisosiasi dalam

nyala menjadi atom netral Ca yang menyerap sinar.  Gangguan yang lebih serius terjadi apabila unsur-

unsur seperti: Al, Ti, Mo, V dan lain-lain bereaksi dengan O dan OH dalam nyala menghasilkan logam

oksida dan hidroksida yang tahan panas. Gangguan ini hanya dapat diatasi dengan menaikkan

temperatur nyala, sehingga nyala yang umum digunakan dalam kasus semacam ini adalah nitrous

oksida-asetilen.

2.       Gangguan ionisasi

Gangguan ionisasi ini biasa terjadi pada unsur-unsur alkali tanah dan beberapa unsur yang lain.  Karena

unsur-unsur tersebut mudah terionisasi dalam nyala.  Dalam analisis dengan SSA yang diukur adalah

emisi dan serapan atom yang tak terionisasi.  Oleh sebab itu dengan adanya atom-atom yang terionisasi

dalam nyala akan mengakibatkan sinyal yang ditangkap detektor menjadi berkurang.  Namun demikian

gangguan ini bukan gangguan yang sifatnya serius, karena hanya sensitivitas dan linearitasnya saja yang

terganggu.  Gangguan ini dapat diatasi dengan menambahkan unsur-unsur yang mudah terionisasi ke

dalam sampel sehingga akan menahan proses ionisasi dari unsur yang dianalisis.

3.       Gangguan fisik alat

Gangguan fisik adalah semua parameter yang dapat mempengaruhi kecepatan sampel sampai ke nyala

dan sempurnanya atomisasi.  Parameter-parameter tersebut adalah kecepatan alir gas, berubahnya

viskositas sampel akibat temperatur nyala. Gangguan ini biasanya dikompensasi dengan lebih sering

membuat kalibrasi atau standarisasi

VI. PERHITUNGAN

6.1 Pengenceran Larutan Mg 100 ppm

- 5 ppmM1 . V1 = M2.V2

100 ppm . V1 = 5 ppm . 50 mL

V1 = 2,5 mL

- 10 ppmM1 . V1 = M2.V2

100 ppm . V1 = 10 ppm . 50 mL

V1 = 5 mL

- 15 ppm

M1 . V1 = M2 . V2

100 ppm . V1 = 15 ppm . 50 mL

V1 = 7,5 mL

- 20 ppm

M1 . V1 = M2 . V2

100 ppm . V1 = 20 ppm . 50 mL

V1 = 10 mL

- 25 ppm

M1 . V1 = M2 . V2

100 ppm . V1 = 25 ppm . 50 mL

V1 = 12,5 mL

6.2 Penentuan Konsentrasi Mg pada sampel dengan Ms. Excel

Berdasarkan grafik y=0,016x + 0,392

a. Air sungai (absorbansi = -0,0060)y = mx + c %kesalahan = --0,0060 = 0,016 x + 0,392x = -24,875 ppm

b. Air pam (absorbansi = -0,0155)y = mx + c %kesalahan = --0,0155 = 0,016 x + 0,392x = -25,4867 ppm

c. Air limbah A (absorbansi = 0,4209)

y = mx + c %kesalahan = Teori−Praktek

Teori x 100%

0,4209 = 0,016 x + 0,392 = 1,8063−1,737

1,8063 x 100 %

x = 1,8063 ppm = 3,8 %

d. Air limbah B (absorbansi = 0,3257)y = mx + c %kesalahan = -0,3257 = 0,016 x + 0,392x = -4,1437 ppm

e. Air limbah C (absorbansi = 0,2319)y = mx + c %kesalahan = -0,2319 = 0,016 x + 0,392x = -10,0062 ppm

6.3 Penentuaan Konsentasi Mg pada sampel dengan cara manual

No.

Konsentrasi (ppm) = x

Absorbansi = y

xy x2 y2

1 5 0.49 2.4455 25 0.239218812 10 0.49 4.862 100 0.236390443 15 0.70 10.563 225 0.495897644 20 0.73 14.512 400 0.526495365 25 0.77 19.3725 625 0.60047001

Ʃ 75 3.18 51.755 1375 2.0984723

Persamaan y = mx + c dimana sloope = m dan intersept = c

m = n∑ xy−∑x .∑ yn∑ x2−¿¿

¿ 5 (51,755) – 75 (3,18)

5 (1375 ) - (75)2

¿ 20,2751250

= 0,0162

c = ∑x2∑ y−∑x .∑ xy

n∑ x2−¿¿

= (1375)(3,18)– (75)(51,755)

5 (1375 )−(75)2

= 490,875

1250

= 0,3927

r =

∑xy−∑x.∑ yn

√(∑x2−(∑x )2

n )(∑ y2−(∑ y )2

n)

=

51,755−75 (3,18)

5

√(1375−(75 )2

5 )(2,0984723−(3,18 )2

5)

= 4,055

√250 .0,0759923

= 0,9303Persamaan garis lurus secara manual yaitu y = 0,0162 x + 0,3927

a. Air sungai (absorbansi = -0,0060)y = mx + c %kesalahan = --0,0060 = 0,0162 x + 0,3927x = -24.6111 ppm

b. Air pam (absorbansi = -0,0155)y = mx + c %kesalahan = --0,0155 = 0,0162 x + 0,3927x = -25.1975 ppm

c. Air limbah A (absorbansi = 0,4209)

y = mx + c %kesalahan = Teori−Praktek

Teori x 100%

0,4209 = 0,0162 x + 0,3927 = 1,8063−1,7407

1,8063 x 100 %

x = 1.7407 ppm = 3,631 %

d. Air limbah B (absorbansi = 0,3257)y = mx + c %kesalahan = -0,3257 = 0,0162 x + 0,3927x = -4.1358 ppm

e. Air limbah C (absorbansi = 0,2319)y = mx + c %kesalahan = -0,2319 = 0,0162 x + 0,3927x = -9.9259 ppm

Tabel Perbandingan konsentrasi Mg dengan cara manual, Ms. Excel, dan alat

No. Sampel Konsentrasi Mg Pada Alat (ppm)

Konsentrasi Pada Ms. Excel (ppm)

Konsentrasi secara manual

1 Air Sungai ND -24,875 -24.6111

2 Air PDAM ND -25,4687 -25.1975

3 Air Limbah A 1,737 1,8063 1.7407

4 Air Limbah B ND -6,0273 -4.1358

5 Air Limbah C ND -14,5545 -9.9259

VII. ANALISA PERCOBAAN

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan dengan menggunakan spektrofotometri serapan atom ini, dapat dianalisa kandungan unsur logam di dalam sampel berdasarkan pada penyerapan radiasi atom-atomnya. Unsur yang dianalisis kali ini adalah Mg (magnesium). Pada analisis tembaga ini digunakan campuran gas udara dan asetilen. Sebelum menganalisis sampel dilakukan terlebih dahulu yaitu kalibrasi dengan mengencerkan larutan standar Mg 100 ppm menjadi 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm, dan 25 ppm. Hal ini dilakukan untuk memeriksa instrumen pada keadaan standarnya.

Pada saat pengukuran sampel, sampel dialirkan melalui pipa kapiler untuk selanjutnya masuk ke burner untuk dibakar dengan gas asetilen dan udara, namun sebelum dibakar sampel harus diubah menjadi bentuk aerosol dahulu. Aerosol adalah fase dimana liquid diubah menjadi gas yang mengandung partikel atom yang menyebar melewati nyala api sehingga atom tersebut tereksitasi. Sumber radiasi berasal dari lampu katoda dimana lampu tersebut tergantung pada unsur apa yang akan dianalisis. Radiasi tersebut menuju detektor melalui monokromator cahaya dimana akan melewati atom-atom tersebut sehingga akan ada cahaya yang terserap dan diteruskan. Panjang gelombang yang diserap tersebutlah yang disebut absorbansi sehingga didapatlah konsentrasi sampel yang akan dianalisa. Amplifier digunakan untuk memperkuat sinyal menuju detektor dimana diletakkan diantara monokromator dan detektor.

Dari hasil percobaan analisis kandungan Mg dalam sampel dapat dianalisa bahwa hanya limbah A yang terdeteksi mengandung kandungan Mg sebanyak 1,737 ppm pada alat dimana setelah diperhitungkan dengan Ms. Excel dan manual didapat kesalahan sedikitnya 6 %. Sebenarnya ini bukan berarti pada keempat sampel lainnya tidak menutup kemungkinan untuk mengandung unsur Mg. Hal ini bisa saja terjadi karena pada alat digunakan range untuk mengukur kandungan Mg hanya sampai 25 ppm. Ada dua kemungkinan yang bisa diambil yaitu bisa jadi memang keempat sampel tidak mengandung unsur magnesium atau bisa juga beberapa diantara sampel tersebut memiliki konsentrasi melampaui range pengukuran.

VIII. KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :

a) Spektrofotometri serapan atom adalah suatu metode analisis unsur-unsur logam/metalloid berdasarkan penyerapan energi radiasi atomnya

b) Absorbansi berbanding lurus dengan konsentrasi unsur yang dianalisisc) Hanya air limbah A yang terdeteksi mengandung unsur magnesium sebanyak 1,737 ppm.

GAMBAR ALAT

LAPORAN TETAP KIMIA ANALITIK INSTRUMEN

“Spektrofotometri Serapan Atom’’

Oleh :

1. Kiki Risky Midia NIM. 0613 3040 0347

2. Mardian NIM. 0613 3040 0348

3. Muhammad Farhan NIM. 0613 3040 0351

4. Pusta Aryani NIM. 0613 3040 0353

5. Susi Susanti NIM. 0613 3040 0358

6. Wahyu Sisilia Deviana NIM. 0613 3040 0359

Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Rusdianasari, M.Si

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

2014