Spektrofotometri Serapan Atom (S S A)Spektrofotometri Serapan Atom (S S A)Atomic Absorption Spectrophotometri (A A S)Atomic Absorption Spectrophotometri (A A S)

Oleh :TIM DOSEN ANALISIS

INSTRUMENTAL

Program Studi FarmasiFakultas FarmasiUniversitas Pancasila

POKOK BAHASANPOKOK BAHASAN

PENDAHULUANPENDAHULUAN TEORI DASARTEORI DASAR INSTRUMENTASIINSTRUMENTASI APLIKASIAPLIKASI

PENDAHULUANPENDAHULUAN Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) atau Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) atau Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS)Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS)

adalah spektrofotometri yang didasarkan atas adalah spektrofotometri yang didasarkan atas serapan energi radiasi oleh serapan energi radiasi oleh atom logam dalam atom logam dalam bentuk gas pada level energi tingkat dasarbentuk gas pada level energi tingkat dasar (ground state energy level).(ground state energy level).

Metode AAS dikembangkan oleh ilmuan Australia, Metode AAS dikembangkan oleh ilmuan Australia, WalshWalsh

pada tahun 1955. pada tahun 1955. Metode ini bermanfaat untuk menetapkan kadar Metode ini bermanfaat untuk menetapkan kadar

logam atau senyawa logamlogam atau senyawa logam dalam konsentrasi dalam konsentrasi kecil dalam matriks yang kompleks, misalnya: kecil dalam matriks yang kompleks, misalnya: multivitamin mineral, sampel biomedik, polutan multivitamin mineral, sampel biomedik, polutan logam dalam air, makanan dan minuman, dll.logam dalam air, makanan dan minuman, dll.

PENDAHULUAN (lanjutan)PENDAHULUAN (lanjutan)

PembagianPembagian Berdasarkan metode atomisasi dikenal dua metode AAS:Berdasarkan metode atomisasi dikenal dua metode AAS: 1. Flame AAS1. Flame AAS 2. Non-flame atau Flameless AAS2. Non-flame atau Flameless AAS Proses atomisasi metode pertama menggunakan larutan Proses atomisasi metode pertama menggunakan larutan

sampel yang disemprotkan ke dalam nyala.sampel yang disemprotkan ke dalam nyala. Metode kedua menggunakan tetesan larutan sampel dan Metode kedua menggunakan tetesan larutan sampel dan

energi listrik (grafit pijar) untuk proses atomisasi.energi listrik (grafit pijar) untuk proses atomisasi. Metode kedua lebih sensitif dari metode pertama.Metode kedua lebih sensitif dari metode pertama. Kebaikan dan KeburukanKebaikan dan Keburukan Kebaikan KeburukanKebaikan Keburukan - selektif - destruktif- selektif - destruktif - sensitif - perlu energi- sensitif - perlu energi - bahaya kebakaran- bahaya kebakaran

TEORITEORI

Atom logam (logam alkali atau alkali tanah) yang Atom logam (logam alkali atau alkali tanah) yang tereksitasi karena energi termal akan kembali ke level tereksitasi karena energi termal akan kembali ke level energi tingkat dasar dengan mengemisikan cahaya energi tingkat dasar dengan mengemisikan cahaya tampak. Intensitas cahaya yang diemisikan sesuai tampak. Intensitas cahaya yang diemisikan sesuai dengan jumlah atom logam atau konsentrasi. dengan jumlah atom logam atau konsentrasi. Penetapan kadar logam dengan cara ini diuraikan Penetapan kadar logam dengan cara ini diuraikan dalam Spektrofotometri Emisi Nyala atau dalam Spektrofotometri Emisi Nyala atau Flame Flame Emision Spectrophotometry(FES).Emision Spectrophotometry(FES).

Atom logam dalam bentuk gas pada level energi Atom logam dalam bentuk gas pada level energi tingkat dasar dapat menyerap sejumlah energi radiasi tingkat dasar dapat menyerap sejumlah energi radiasi tertentu sesuai dengan jumlah atom logam atau tertentu sesuai dengan jumlah atom logam atau konsentrasi mengikuti hukum Beer:konsentrasi mengikuti hukum Beer:

A =abc atau A=kcA =abc atau A=kc

Penetapan kadar logam dengan cara ini diuraikan Penetapan kadar logam dengan cara ini diuraikan dalam AAS. dalam AAS.

Absorpsi dan EmisiAbsorpsi dan Emisi

Abs

orps

i Em

isi

ΔE

E0

E1 - E0 = hv = hc / λPersamaan Bohr: ΔE =

h = Tetapan Planck c = Kecepatan cahayav = Frekuensi radiasi λ = Panjang gelombang

E1

TEORI TEORI DASARDASAR (lanjutan) (lanjutan)

TEORI (lanjutan)TEORI (lanjutan) Pada proses atomisasi diatur agar sebagaian besar uap atom Pada proses atomisasi diatur agar sebagaian besar uap atom

logam berada pada level energi tingkat dasar dan sebagian logam berada pada level energi tingkat dasar dan sebagian kecil pada level energi eksitasi tergantung pada suhu kecil pada level energi eksitasi tergantung pada suhu atomisasi dan energi eksitasi sesuai dengan persamaan atomisasi dan energi eksitasi sesuai dengan persamaan Boltzmann.Boltzmann.

NN11/N/N00 = (g = (g11/g/g00)e)e--ΔΔE/kTE/kT

dimana Ndimana N11= jumlah atom pada level energi tereksitasi, N= jumlah atom pada level energi tereksitasi, N00=jumlah atom =jumlah atom pada level energi tingkat dasar, gpada level energi tingkat dasar, g11/g/goo=rasio bobot statistik atom pada =rasio bobot statistik atom pada level energi tereksitasi dengan tingkat dasar, level energi tereksitasi dengan tingkat dasar, ΔΔE=energi eksitasi (hv), E=energi eksitasi (hv), k=tetapan Boltzmann dan T=suhu dalam derajat Kelvin.k=tetapan Boltzmann dan T=suhu dalam derajat Kelvin.

Makin tinggi suhu dan makin kecil energi eksitasi maka rasio Makin tinggi suhu dan makin kecil energi eksitasi maka rasio NN11/N/N0 0 makin besar. Pada AAS suhu diatur sedemikian rupa makin besar. Pada AAS suhu diatur sedemikian rupa agar rasio Nagar rasio N11/N/N0 0 makin kecil atau jumlah atom logam pada makin kecil atau jumlah atom logam pada level energi tingkat dasar makin besar. level energi tingkat dasar makin besar.

BAHAN BAKAR DAN OKSIDANBAHAN BAKAR DAN OKSIDAN Suhu pada proses atomisasi ditentukan oleh Suhu pada proses atomisasi ditentukan oleh

jenis dan komposisi atau perbandingan antara jenis dan komposisi atau perbandingan antara bahan bakar (fuel) dengan oksidan.bahan bakar (fuel) dengan oksidan.

Bahan bakar Bahan bakar (fuel)(fuel)

OksidanOksidan

Udara Udara

Suhu, KSuhu, KN2ON2O

Suhu, KSuhu, K

AsetilenAsetilen

PropanPropan

HidrogenHidrogen

24502450

22002200

23002300

32003200

29002900

29002900

- Garis-garis resonansi :Garis-garis resonansi :garis-garis yang timbul karena terjadinya transisi dari keadaan dasar garis-garis yang timbul karena terjadinya transisi dari keadaan dasar ke energi yang lebih tinggi.ke energi yang lebih tinggi.

- Hukum Lambert-Beer dapat dipakai pada metode SSA bila garis Hukum Lambert-Beer dapat dipakai pada metode SSA bila garis resonansi atom yang di analisis memberi puncak yang sama resonansi atom yang di analisis memberi puncak yang sama ( mendekati) dengan spektrum pancaran sumber radiasi.( mendekati) dengan spektrum pancaran sumber radiasi.

- Keberatan terpenuhinya persyaratan hukumBeer pada SSA karena setiap Keberatan terpenuhinya persyaratan hukumBeer pada SSA karena setiap unsur perlu sumber radiasi tertentu.unsur perlu sumber radiasi tertentu.

- Mengatasinya : dipakai monokromator dengan resolusi tinggi Mengatasinya : dipakai monokromator dengan resolusi tinggi dengan satu sumber radiasi bisa untuk berbagai unsur.dengan satu sumber radiasi bisa untuk berbagai unsur.

- Sumber radiasi yang banyak dipakai “ Sumber radiasi yang banyak dipakai “ Hollow Cathode LampHollow Cathode Lamp” (HCL), ” (HCL), namun setiap unsur masih perlu lampu katoda tersendiri.namun setiap unsur masih perlu lampu katoda tersendiri.

- Untuk analisis lebih dari satu unsur diperlukan lampu katoda Untuk analisis lebih dari satu unsur diperlukan lampu katoda berongga kombinasi:berongga kombinasi:

misalnya :Ca, Mg, Ni, Fe, Cu, Zn, Cd, Pb dll.misalnya :Ca, Mg, Ni, Fe, Cu, Zn, Cd, Pb dll.

GANGGUAN PADA AAS GANGGUAN PADA AAS (Vogel, 5(Vogel, 5thth ed, p.791-795) ed, p.791-795)

Gangguan SpektraGangguan Spektra - Frekuensi garis resonan analit overlap dengan garis emisi dari unsur lain:- Frekuensi garis resonan analit overlap dengan garis emisi dari unsur lain: Hg (253,62 nm) dan Co (253,649 nm).Hg (253,62 nm) dan Co (253,649 nm). - Adanya spektrum emisi dari molekul atau fragmen molekul (OH atau CN) pada - Adanya spektrum emisi dari molekul atau fragmen molekul (OH atau CN) pada

nyala.nyala. - Gangguan spektra lebih banyak terjadi pada Spektrofotometri Emisi Nyala (FES)- Gangguan spektra lebih banyak terjadi pada Spektrofotometri Emisi Nyala (FES)

Cara mengatasiCara mengatasi: Gunakan garis resonansi alternatif dari sumber cahaya.: Gunakan garis resonansi alternatif dari sumber cahaya.

Gangguan KimiaGangguan Kimia a. a. Terbentuknya senyawa stabilTerbentuknya senyawa stabil: sukar teruai menjadi atom: sukar teruai menjadi atom - Adanya sulfat atau fosfat pada penetapan kadar Ca.- Adanya sulfat atau fosfat pada penetapan kadar Ca. - Pembentukan oksida yang sukar melebur dan stabil (refractory oxides): oksida - Pembentukan oksida yang sukar melebur dan stabil (refractory oxides): oksida

daridari Al, Ti, dan V.Al, Ti, dan V.

Cara mengatasiCara mengatasi:: - Naikkan suhu nyala: gunakan asetilen-N2O.- Naikkan suhu nyala: gunakan asetilen-N2O. - Gunakan releasing agent: M-X + R = R-X + M, misalnya penambahan SrCl2 - Gunakan releasing agent: M-X + R = R-X + M, misalnya penambahan SrCl2

atauatau LaCl3 untuk mengikat fosfat pada penetapan kadar Ca.LaCl3 untuk mengikat fosfat pada penetapan kadar Ca. - Gunakan - Gunakan masking agentmasking agent untuk mengikat analit (Ca) agar tidak bereaksi dengan untuk mengikat analit (Ca) agar tidak bereaksi dengan pengganggu (sulfat atau fosfat).pengganggu (sulfat atau fosfat). - Ekstraksi analit atau zat pengganggu.- Ekstraksi analit atau zat pengganggu.

GANGGUAN PADA AAS (LANJUTAN)GANGGUAN PADA AAS (LANJUTAN)b. b. IonisasiIonisasi - Ionisasi logam alkali dan alakali tanah (Ca, Sr, Ba)- Ionisasi logam alkali dan alakali tanah (Ca, Sr, Ba) menurunkan jumlah atom sehingga serapan berkurang.menurunkan jumlah atom sehingga serapan berkurang.

Cara mengatasi:Cara mengatasi: Gunakan ionisation suppressant yaitu kation dengan Gunakan ionisation suppressant yaitu kation dengan

ionisasi potensial yang lebih rendah dari analit. Misalnya ionisasi potensial yang lebih rendah dari analit. Misalnya penambahan ion kalium pada penetapan Ca, Ba atau Sr.penambahan ion kalium pada penetapan Ca, Ba atau Sr.

c. c. Absorpsi molekulAbsorpsi molekul NaCl menyerap radiasi pada NaCl menyerap radiasi pada λλ disekitar garis resonansi disekitar garis resonansi

Zn (231,9 nm), sehingga mengganggu penetapan kadar Zn (231,9 nm), sehingga mengganggu penetapan kadar seng.seng.

Cara mengatasi:Cara mengatasi: Gunakan garis resonansi (Gunakan garis resonansi (λλ ) alternatif atau gunakan ) alternatif atau gunakan

nyala dengan suhu yang lebih tinggi.nyala dengan suhu yang lebih tinggi.

BACKGROUND ABSORPTION BACKGROUND ABSORPTION (LANJUTAN)(LANJUTAN) Background absorptionBackground absorption Gangguan ini disebabkan oleh serapan molekul atau hamburan cahaya dari: Gangguan ini disebabkan oleh serapan molekul atau hamburan cahaya dari:

molekulmolekul gas,fragmen molekul, partikel asap bila digunakan pelarut organik.gas,fragmen molekul, partikel asap bila digunakan pelarut organik.

Cara mengatasi Cara mengatasi (background correction):(background correction): Gunakan cahaya kontinyu dari lampu D2 yang membentuk berkas cahaya Gunakan cahaya kontinyu dari lampu D2 yang membentuk berkas cahaya

gandaganda ((double beamdouble beam) dengan cahaya dari sumber cahaya. ) dengan cahaya dari sumber cahaya. Background absorptionBackground absorption mempengaruhi mempengaruhi sample and reference beamsample and reference beam. Koreksi . Koreksi backgroundbackground dilakukan dilakukan

dengandengan mengukur rasio dari intensitas kedua berkas cahaya tersebut.mengukur rasio dari intensitas kedua berkas cahaya tersebut.

Gangguan fisikaGangguan fisika Gangguan ini disebabkan oleh efek matriks yang berpengaruh terhadap sifat Gangguan ini disebabkan oleh efek matriks yang berpengaruh terhadap sifat

fisika sampel seperti: kekentalan, bobot jenis, tegangan muka atau sifat fisika sampel seperti: kekentalan, bobot jenis, tegangan muka atau sifat menguap dari larutan sampel. Hal ini berpengaruh pada ukuran partikel menguap dari larutan sampel. Hal ini berpengaruh pada ukuran partikel aerosol pada proses atomisasi.aerosol pada proses atomisasi.

Cara mengatasiCara mengatasi:: Gunakan matrix matching yaitu pelarut yang sama dengan komposisi matriks Gunakan matrix matching yaitu pelarut yang sama dengan komposisi matriks

yang hampir sama.yang hampir sama.

Hollow CathodeLamp*

Chopper

Graphite Furnace

orBurner

Fuel

Sample

Oxidant

Monochromator

Detector

Amplifier

Read-out

* Tidak diperlukan pada FES

INSTRUMENTASI

D2

Atomic Absorption Spectrophotometer

Komponen penting SSAKomponen penting SSA

1. Sumber radiasi : HCL1. Sumber radiasi : HCL2. Burner (nyala): Bahan bakar dan oksidan2. Burner (nyala): Bahan bakar dan oksidan3. Monokromator: kisi-kisi (grating)3. Monokromator: kisi-kisi (grating)4. Detektor : PMT4. Detektor : PMT5. Amplifier5. Amplifier6. Rekorder6. Rekorder

Prinsip kerjaPrinsip kerja:: Cahaya dari lampu HCL dengan Cahaya dari lampu HCL dengan λλ yang sama dengan analit, yang sama dengan analit,

akan diserap oleh atom logam analit pada kondisi energi akan diserap oleh atom logam analit pada kondisi energi tingkat dasar yang terjadi pada proses atomisasi (pada tingkat dasar yang terjadi pada proses atomisasi (pada nyala burner).nyala burner).

Sisa intensitas cahaya atau rasio intensitas cahaya sampel Sisa intensitas cahaya atau rasio intensitas cahaya sampel ((sample beam)sample beam) dan pembanding ( dan pembanding (reference beamreference beam) setelah ) setelah diseleksi oleh monokromator, oleh detektor (PMT) diubah diseleksi oleh monokromator, oleh detektor (PMT) diubah menjadi signal listrik, diperbesar oleh amplifier, kemudian menjadi signal listrik, diperbesar oleh amplifier, kemudian disajikan sebagai serapan pada disajikan sebagai serapan pada display.display.

Larutan (MLarutan (M++XX--) )

Aerosol (MAerosol (M++XX-)-)

Partikel padat (MX)Partikel padat (MX)

Gas (MX)Gas (MX)

M* (gas) + X (gas)M* (gas) + X (gas)

Penyemprotan)

Penguapan-Pelarut(Evaporation)

PenguapanPadatn(Vaporisation)

Disosiasi(Atomisasi)

AAS

Proses AtomisasiProses Atomisasi

M**(gas)

Thermalexcitation

FES

M*(gas)

Emission of hv

hv

Re-emission hv of hv

AFS

APLIKASIAPLIKASI Penetapan kadar logamPenetapan kadar logam atau senyawa logam baik logam tunggal maupun atau senyawa logam baik logam tunggal maupun

campuran dalam konsentrasi kecil termasuk sampel dengan matriks yang campuran dalam konsentrasi kecil termasuk sampel dengan matriks yang kompleks. Misalnya: multivitamin mineral, cemaran logam, bijih tambang, logam kompleks. Misalnya: multivitamin mineral, cemaran logam, bijih tambang, logam campur (alloy) dll.campur (alloy) dll.

Prinsip Penetapan KadarPrinsip Penetapan Kadar Buat larutan stok baku pembanding, kurva kalibrasi, larutan sampel, pengukuran, Buat larutan stok baku pembanding, kurva kalibrasi, larutan sampel, pengukuran,

perhitungan.perhitungan. 1. 1. Larutan Baku PembandingLarutan Baku Pembanding Buat larutan stok 1000 bpj dari logam atau oksida logam murni.Buat larutan stok 1000 bpj dari logam atau oksida logam murni. 2. 2. Kurva KalibrasiKurva Kalibrasi a. Buat satu seri larutan baku yang terdiri minimum empat larutan dengana. Buat satu seri larutan baku yang terdiri minimum empat larutan dengan mengencerkan larutan stok dengan rentang serapan 0,1- 0,4.mengencerkan larutan stok dengan rentang serapan 0,1- 0,4. b. Ukur serapan masing-masing larutan baku minimum dua kali (hitung dan b. Ukur serapan masing-masing larutan baku minimum dua kali (hitung dan

catacata t nilai purata), dimulai dari larutan yang paling encer. t nilai purata), dimulai dari larutan yang paling encer. Sebelum pengukura larutan dengan konsentrasi berbeda, lakukan pengukuran air suling atauSebelum pengukura larutan dengan konsentrasi berbeda, lakukan pengukuran air suling atau blangko untuk pembilasanblangko untuk pembilasan..

c. Buat kurva kalibrasi yaitu grafik hubungan antara serapan dengan c. Buat kurva kalibrasi yaitu grafik hubungan antara serapan dengan konsentrasi.konsentrasi.

33. Larutan Sampel. Larutan Sampel a. Buat larutan, kecuali pada Non-flame AAS padatan dapat langsung diukur.a. Buat larutan, kecuali pada Non-flame AAS padatan dapat langsung diukur. (Bila menggunakan asam, konsentrasinya dari larutan sampel maksimum 1M).(Bila menggunakan asam, konsentrasinya dari larutan sampel maksimum 1M).

b. Encerkan atau pekatkan (solvent extraction) bila perlu (A= 0,1 – 0,4).b. Encerkan atau pekatkan (solvent extraction) bila perlu (A= 0,1 – 0,4). c. Cegah gangguan dengan salah satu cara tersebut di muka.c. Cegah gangguan dengan salah satu cara tersebut di muka. d. Ukur serapan larutan sampel minimum dua kali.d. Ukur serapan larutan sampel minimum dua kali. e. Hitung dan catat nilai purata. e. Hitung dan catat nilai purata.

Prinsip Penetapan Kadar (lanjutan)Prinsip Penetapan Kadar (lanjutan) PerhitunganPerhitungan a. Kurva kalibrasia. Kurva kalibrasi Bila kurva linier, kadar langsung dihitung dari Bila kurva linier, kadar langsung dihitung dari kurva kalibrasi atau persamaan regresi.kurva kalibrasi atau persamaan regresi. Kurva kalibrasi dicek sewaktu-waktu dan bila perluKurva kalibrasi dicek sewaktu-waktu dan bila perlu buat kurva kalibrasi baru.buat kurva kalibrasi baru. b. Penambahan Baku Pembanding (b. Penambahan Baku Pembanding (standard additionstandard addition method)method) Metode ini digunakan untuk sampel dengan matriks Metode ini digunakan untuk sampel dengan matriks kompleks atau komposisinya tidak diketahui kompleks atau komposisinya tidak diketahui

sehinggasehingga kondisi larutan baku tidak mungkin dibuat sama.kondisi larutan baku tidak mungkin dibuat sama.