Atomic Absorption Spectrophotometry

(AAS)

Spektrofotometri Serapan atom (AAS) • Ditemukan pada abad 19• pada tahun 1950-an dikembangkan sebagian

besar bentuk modernnya oleh sebuah tim dari Australia kimiawan.

• Mereka dipimpin oleh Alan Walsh dan bekerja di CSIRO (Commonwealth Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Industri Organisasi) Divisi Kimia Fisika di Melbourne, Australia.

• AAS adalah teknik untuk menentukan konsentrasi elemen logam tertentu dalam sampel.

• Teknik ini dapat digunakan untuk menganalisis konsentrasi lebih dari 70 jenis logam yang berbeda dalam suatu larutan.

• Teknik-teknik ini didasarkan pada emisi dan absorbansi dari uap atom.

• Komponen kunci pada metode spektrometri atom adalah sistem (alat) yang dipakai untuk menghasilkan uap atom dalam sampel.

Keuntungan metoda AAS adalah:•Spesifik•Batas (limit) deteksi rendah•Dari satu larutan yang sama, beberapa unsur berlainan dapat diukur•Pengukuran dapat langsung dilakukan terhadap larutan contoh (preparasi contoh sebelum pengukuran lebih sederhana, kecuali bila ada zat pengganggu)•Dapat diaplikasikan kepada banyak jenis unsur dalam banyak jenis contoh.•Batas kadar-kadar yang dapat ditentukan adalah amat luas (mg/L hingga persen)

Prinsip Pengukuran• Teknik ini memanfaatkan spektrometri

penyerapan untuk menilai konsentrasi suatu analyte dalam sampel.

• Karena itu sangat bergantung pada hukum Beer-Lambert.

• Elektron dari atom di dalam alat penyemprot dapat dipromosikan ke orbital yang lebih tinggi untuk waktu singkat dengan menyerap jumlah seperangkat energi (cahaya yaitu panjang gelombang tertentu).

• Jumlah energi (atau panjang gelombang) adalah khusus untuk transisi elektron tertentu dalam unsur tertentu, dan secara umum, masing-masing panjang gelombang sesuai dengan hanya satu elemen.

• Sebagai jumlah energi (daya) dimasukkan ke dalam api yang diketahui, dan kuantitas yang tersisa di sisi lain (di detektor) dapat diukur, ada kemungkinan, dari hukum Beer-Lambert, untuk menghitung berapa banyak transisi ini berlangsung,

• Dengan demikian mendapatkan sinyal yang sebanding dengan konsentrasi unsur yang diukur.

• untuk menganalisa sampel untuk atom konstituen harus atomized.

• Sampel kemudian harus diterangi oleh cahaya. • Cahaya ditransmisikan akhirnya diukur oleh

detektor

• Dalam Spektrofotometri Serapan Atom, lampu katoda berongga (Hollow Cathode Lamps) digunakan sebagai sumber radiasi resonansi yang diberikan.

• Radiasi resonansi yaitu radiasi yang berasal dari deteksi atom dari tingkat tenaga eksitasi (excited state) ke tingkat tenaga dasar (ground state).

• Radiasi resonansi ini mempunyai panjang gelombang dan frekuensi yang berbeda dan karakteristik untuk setiap jenis unsur.

• Pada perkembangan terakhir cara analisis AAS selain atomisasi dengan nyala (FAAS= Flame AtomicAbsorption Spectrophotometry)

• Dapat juga dilakukan atomisasi tanpa nyala yaitu dengan menggunakan energi listrik pada batang karbon(GFAAS=Grafit Furnace Atomic Absorption Spectrophotometry)

• dengan penguapan (CVAAS= Cold Vapor Atomic Absoption Spectrophotometry),misalnya pada analisis Hg.

• Bila seberkas sinar radiasi dengan intensitas Io dilewatkan

• melalui medium yang panjangnya b dan mengandung atom-atom

• pada tingkat dasar energi dengan konsentrasi c, maka radiasi akan

• diserap sebagian dan intensitas radiasi akan berkurang menjadi I,

• sehingga berlaku persamaan

I=Io.10-abcAtau T= I/ Io = 10.-abc• Jika –logT=A, maka LogIo/ I =a.b.c dan A= a.b.cdimana• a=k/2.303=koefisien serapan (serapan molar)• k = konstanta perbandingan• A=log Io/I = absorbansi• I/Io = transmitasi (T)

• Berdasarkan persamaan hukum Lambert-Beer, besarnya absorbansi berbanding lurus dengan konsentrasi atom yang menyerap radiasi resonansi, dan besarnya konsentrasi atom sebanding dengan konsentrasi unsur di dalam sampel

• Dengan menginterpolasikan absorbansi larutan sampel pada kurva kalibrasi, konsentrasi suatu unsur dalam sampel dapat diketahui.

Ada tiga cara atomisasi (pembentukan atom) dalam AAS

1.Atomisasi dengan nyala• Suatu senyawa logam yang dipanaskan akan

membentuk atom logam pada suhu ± 1700 ºC atau lebih.

• Sampel yang berbentuk cairan akan dilakukan atomisasi dengan cara memasukan cairan tersebut ke dalam nyala campuran gas bakar.

• Tingginya suhu nyala yang diperlukan untuk atomisasi setiap unsur berbeda.

• Beberapa unsur dapat ditentukan dengan nyala dari campuran gas yang berbeda tetapi penggunaan bahan bakar dan oksidan yang berbeda akan memberikan sensitivitas yang berbeda pula.

Syarat-syarat gas yang dapat digunakan dalam atomisasi dengan nyala

• Campuran gas memberikan suhu nyala yang sesuai untuk atomisasi unsur yang akan dianalisa

• Tidak berbahaya misalnya tidak mudah meledak

• Gas cukup aman, tidak beracun dan mudah dikendalikan

• Gas cukup murni dan bersih (UHP)

Hal-hal yang harus diperhatikan pada atomisasi dengan nyala :

1. Standar dan sampel harus dipersiapkan dalam bentuk larutan dan cukup stabil. Dianjurkan dalam larutan dengan keasaman yang rendah untuk mencegah korosi.

2. Atomisasi dilakukan dengan nyala dari campuran gas yang sesuai dengan unsur yang dianalisa.

3.Persyaratan bila menggunakan pelarut organik :•Tidak mudah meledak bila kena panas•Mempunyai berat jenis > 0,7 g/mL•Mempunyai titik didih > 100 ºC•Mempunyai titik nyala yang tinggi•Tidak menggunakan pelarut hidrokarbon

2.Atomisasi tanpa nyala• Dilakukan dengan mengalirkan energi listrik

pada batang karbon (CRA – Carbon Rod Atomizer) atau tabung karbon (GTA – Graphite Tube Atomizer) yang mempunyai 2 elektroda.

• Sampel dimasukan ke dalam CRA atau GTA. Arus listrik dialirkan sehingga batang atau tabung menjadi panas (suhu naik menjadi tinggi) dan unsur yang dianalisa akan teratomisasi. Suhu dapat diatur hingga 3000 ºC

pemanasan larutan sampel melalui tiga tahapan yaitu :

• Tahap pengeringan (drying) untuk menguapkan pelarut

• Pengabuan (ashing), suhu furnace dinaikkan bertahap sampai terjadi dekomposisi dan penguapan senyawa organik yang ada dalam sampel sehingga diperoleh garam atau oksida logam

• Pengatoman (atomization)

3.Atomisasi dengan pembentukan senyawa hidrida

• dilakukan untuk unsur As, Se, Sb yang mudah terurai apabila dipanaskan pada suhu lebih dari 800 ºC

• atomisasi dilakukan dengan membentuk senyawa hibrida berbentuk gas atau yang lebih terurai menjadi atom-atomnya melalui reaksi reduksi oleh SnCl2 atau NaBH4, contohnya merkuri (Hg).

Instrumentasi AAS

• hollow cathode lamp: HCL (lampu katoda cekung

• merupakan kunci berkembang pesatnya AAS dan sekaligus menjadi alasan mengapa metode AAS merupakan metode analisis yang sangat selektif.

Diagram Spektrometer Serapan Atom (SSA)

Komponen Alat AAS• Sumber radiasi

Biasanya yang digunakan adalah lampu katoda berongga

• AtomizerAtom sampel dalam keadaan fase gas. Untuk itu ion atau atom sampel harus mengalami desolvasi atau vaporisasi pada suhu yang tinggi.

• BurnerTempat pencampuran gas asetilen dengan akuabides

Komponen lain

1. Tabung gas

– Berisi gas asetilen, dengan suhu ±20.000 K atau N2O dengan suhu ±30.000 K.

2. Ducting– Cerobong untuk menyerap asap

3. Kompresor– Mensuplai kebutuhan udara yang akan digunakan pada

waktu pembakaran atom. 4. Detektor 5. Buangan – Disimpan dalam dirigen dan diletakkan terpisah dengan

alat AAS

Macam AAS

• Flame AAS (FAAS)• Graphite AAS (GAAS)

Aplikasi AAS• Tembaga dalam air laut – Beberapa elemen dalam air laut berada dalam

tingkat ppb atau lebih rendah. – Oleh karenanya harus dipekatkan terlebih dahulu

sebelum dianalisis misalnya Cu dalam air laut (1-25 ppb).

– Cu dalam air laut dapat ditentukan dengan AAS setelah diekstrak sebagai kompleks APDC pada pH larutan kira-kira 3.

– Pelarut ekstraksi yang dipakai adalah metil-n-amil keton yang kelarutannya dalam air cukup rendah.

Berilium dalam partikel udara

• Partikel dikumpulkan dengan kertas cellulose asetat membrane (misal e.g., Milipore).

• Filter ini kemudian diabukan pada suhu rendah.

• Abu yang diperoleh dilarutkan dalam Hcl encer kemudian diukur dengan AAS.

• Hasil dilaporkan dalam mg/meterkubik udara.

Na, K, Mg, dan Ca dalam semen• Sampel didekomposisi dengan 4 M HCl dan

diuapkan sampai kering, endapan yang diperoleh dilarutkan kembali dengan 4 M HCl dan diencerkan.

• Larutan yang diperoleh diukur absorbansinya untuk masing unsur di atas.

• Gangguan dari phosphat, silikon, dan aluminium pada pengukuran absorbansi Ca dapat dihilangkan dengan menambahkan larutan strontium konsentrasi tinggi