BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Atomic Absorbtion
Spectrophotometry (AAS)
Spektrometri merupakan
suatu metode analisis kuantitatif yang pengukurannya berdasarkan banyaknya
radiasi yang dihasilkan atau yang diserap oleh spesi atom atau molekul analit.
Salah satu bagian dari spektrometri ialah Spektrometri Serapan Atom (SSA) atau
disebut juga Atomic
Absorbtion Spectrophotometry (AAS).
Atomic Absorbtion Spectrophotometry (AAS) merupakan metode analisis unsur secara
kuantitatif yang pengukurannya berdasarkan penyerapan cahaya dengan panjang
gelombang tertentu oleh atom logam dalam keadaan bebas. Sekitar 61 logam telah
dapat ditentukan dengan cara ini.
Sejarah SSA berkaitan
erat dengan observasi sinar matahari. Pada tahun 1802 Wollaston menemukan garis
hitam pada spektrum cahaya matahari yang kemudian diselidiki lebih lanjut oleh
Fraunhofer pada tahun 1820. Brewster mengemukakan pandangan bahwa garis
Fraunhofer ini diakibatkan oleh proses absorpsi pada atmoser matahari. Prinsip
absorpsi ini kemudian mendasari Kirchhoff dan Bunsen untuk melakukan penelitian
yang sistematis mengenai spektrum dari logam alkali dan alkali tanah.
Kemudian Planck
mengemukakan hukum kuantum dari absorpsi dan emisi suatu cahaya. Menurutnya,
suatu atom hanya akan menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu
(frekwensi), atau dengan kata lain ia hanya akan mengambil dan melepas suatu
jumlah energi tertentu, (ε = hv = hc/λ). Kelahiran SSA sendiri pada tahun 1955,
ketika publikasi yang ditulis oleh Walsh dan Alkemade & Milatz muncul.
Dalam publikasi ini SSA direkomendasikan sebagaimetode analisis yang dapat
diaplikasikan secara umum Weltz, 1976.
Pengembangan metode
spektrometri serapan atom (AAS) baru dimulai sejak tahun 1955, yaitu ketika
seorang ilmuwan Australia, Walsh (1955) melaporkan hasil penelitiannya tentang
penggunaan “hollow cathode lamp” sebagai sumber radiasi yang dapat menghasilkan
radiasi panjang gelombang karakteristik yang sangat sesuai dengan
Spektrofotometri Serapan Atom.
Pada tahun yang sama
Alkemade dan Milatz (1955) melaporkan bahwa beberapa jenis nyala dapat
digunakan sebagai sarana untuk atomisasi sejumlah unsur. Oleh karena itu, para
ilmuwan tersebut dapat dianggap sebagai “Bapak Spektrofotometri Serapan Atom”.
Metode Spektrofotometri
Serapan Atom (SSA) pertama kali dikembangkan oleh Walsh Alkamede, dan Metals
(1995). SSA ditujukan untuk mengetahui unsur logam renik di dalam sampel yang
dianalisis. Spektrofotometri Serapan Atom didasarkan pada penyerapan energi
sinar oleh atom-atom netral dalam keadaan gas, untuk itu diperlukan kalor /
panas. Alat ini umumnya digunakan untuk analisis logam sedangkan untuk non
logam jarang sekali, mengingat unsure non logam dapat terionisasi dengan adanya
kalor, sehingga setelah dipanaskan akan sukar didapat unsur yang
terionisasi.
2.1.1
Prinsip Kerja AAS
Atomic Absorption
spectrophotometry adalah metode analisis dengan prinsip dimana sampel yang
berbentuk liquid diubah menjadi bentuk aerosol atau nebulae lalu bersama
campuran gas bahan bakar masuk ke dalam nyala, disini unsur yang dianalisa tadi
menjadi atom – atom dalam keadaan dasar (ground state). Lalu sinar yang berasal
dari lampu katoda dengan panjang gelombang yang sesuai dengan unsur yang uji,
akan dilewatkan kepada atom dalam nyala api sehingga elektron pada kulit
terluar dari atom naik ke tingkat energi yang lebih tinggi atau tereksitasi.
Penyerapan yang terjadi berbanding lurus dengan banyaknya atom ground state
yang berada dalam nyala. Sinar yang tidak diserap oleh atom akan
diteruskan dan dipancarkan pada detektor, kemudian diubah menjadi sinyal yang
terukur.
Sinar yang diserap disebut absorbansi dan sinar
yang diteruskan disebut emisi. Adapun
hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi diturunkan dari hukum Lambert-Beer yang menjadi dasar dalam analisis kuantitatif
secara AAS. Hubungan tersebut dirumuskan dalam persamaan sebagai berikut:
·
Hukum
Lambert: bila suatu sumber
sinar monkromatik melewati medium transparan, maka intensitas sinar yang
diteruskan berkurang dengan bertambahnya ketebalan medium yang mengabsorbsi.
·
Hukum
Beer: Intensitas sinar yang diteruskan berkurang
secara eksponensial dengan bertambahnya konsentrasi spesi yang menyerap sinar
tersebut.
Hubungan tersebut dirumuskan
dalam persamaan sebagai berikut:
|
I = Io . a.b.c
Log
 = a.b.c
A = a.b.c
|
dengan,
A =
absorban
a =
koefisien serapan, L2/M
b =
panjang jejak sinar dalam medium berisi atom penyerap, L
c = konsentrasi, M/L
Io
= intensitas sinar mula-mula
I = intensitas sinar yang diteruskan
|
Pada
persamaan tersebut menyatakan bahwa besarnya absorbansi berbanding lurus dengan
kadar atom-atom pada tingkat energi dasar, dengan demikian, dari pemplotan
serapan dan konsentrasi unsur dalam larutan standar diperoleh kurva kalibrasi.
Dengan menempatkan absorbansi dari suatu cuplikan pada kurva standar akan
diperoleh konsentrasi dalam larutan cuplikan.
2.1.2 Bagian-bagian AAS
Bagian
– bagian dari AAS dan komponen lain yang dibutuhkan terdiri dari sumber radiasi
berupa lampu katoda berongga, atomizer, burner, monokromator, detector,
rekorder, pembuangan, ducting, kompresor,
dan gas.
a. Lampu Katoda
Lampu katoda merupakan
sumber cahaya pada AAS. Lampu katoda memiliki masa pakai atau umur pemakaian
selama 1000 jam. Elektroda lampu katoda berongga biasanya terdiri dari wolfram
dan katoda berongga dilapisi dengan unsur murni atau campuran dari unsur murni
yang dikehendaki. Tanung lampu dan jendela (window) terbuat dari silika atau
kuarsa, diisi dengan gas pengisi yang dapat menghasilkan proses ionisasi. Gas
pengisi yang biasanya digunakan ialah Ne, Ar atau He.
Lampu katoda pada setiap
unsur yang akan diuji berbeda-beda tergantung unsur yang akan diuji, seperti
lampu katoda Cu, hanya bisa digunakan untuk pengukuran unsur Cu. Lampu katoda
terbagi menjadi dua macam, yaitu:
Lampu Katoda
Monologam : Digunakan untuk mengukur 1 unsur
Lampu
Katoda Multilogam : Digunakan untuk pengukuran beberapa logam sekaligus, hanya
saja harganya lebih mahal.
Pemancaran radiasi resonansi terjadi bila kedua elektroda diberi
tegangan, arus listrik yang terjadi menimbulkan ionisasi gas-gas pengisi.
Ion-ion gas yang bermuatan positif ini menembaki atom-atom yang terdapat pada
katoda yang menyebabkan tereksitasinya atom-atom tersebut. Atom-atom yang
tereksitasi ini bersifat tidak stabil dan akan kembali ke tingkat dasar dengan
melepaskan energy eksitasinya dalam bentuk radiasi. Radiasi ini yang dilewatkan
melalui atom yang berada dalam nyala.
Cara pemeliharaan lampu
katoda ialah bila setelah selesai digunakan, maka lampu dilepas dari soket pada
main unit AAS, dan lampu diletakkan pada tempat busanya di dalam kotaknya lagi,
dan dus penyimpanan ditutup kembali. Sebaiknya setelah selesai penggunaan,
lamanya waktu pemakaian dicatat.
b. Atomizer
Atomizer terdiri atas
Nebulizer (sistem pengabut), spray chamber dan burner (sistem pembakar).
• Nebulizer berfungsi untuk mengubah larutan menjadi aerosol
(butir-butir kabut dengan ukuran partikel 15 – 20 µm) dengan cara menarik
larutan melalui kapiler (akibat efek dari aliran udara) dengan pengisapan gas
bahan bakar dan oksidan, disemprotkan ke ruang pengabut. Partikel-partikel
kabut yang halus kemudian bersama-sama aliran campuran gas bahan bakar, masuk
ke dalam nyala, sedangkan titik kabut yang besar dialirkan melalui saluran
pembuangan.
• Spray chamber berfungsi untuk membuat campuran yang homogen
antara gas oksidan, bahan bakar dan aerosol yang mengandung contoh sebelum
memasuki burner.
• Burner merupakan sistem tepat terjadi atomisasi yaitu
pengubahan kabut/uap garam unsur yang akan dianalisis menjadi atom-atom normal
dalam nyala.
c. 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 pemantik api, dimana pada lobang inilah awal dari
proses pengatomisasian nyala api.
Perawatan burner yaitu
setelah selesai pengukuran dilakukan, selang aspirator dimasukkan ke dalam
botol yang berisi aquabides selama ±15 menit, hal ini merupakan proses
pencucian pada aspirator dan burner setelah selesai pemakaian. Selang aspirator
digunakan untuk menghisap atau menyedot larutan sampel dan standar yang akan
diuji. Selang aspirator berada pada bagian selang yang berwarna oranye di
bagian kanan burner. Sedangkan selang yang kiri, merupakan selang untuk
mengalirkan gas asetilen. Logam yang akan diuji merupakan logam yang berupa
larutan dan harus dilarutkan terlebih dahulu dengan menggunakan larutan asam
nitrat pekat. Logam yang berada di dalam larutan, akan mengalami eksitasi dari
energi rendah ke energi tinggi.
Nilai eksitasi dari
setiap logam memiliki nilai yang berbeda-beda. Warna api yang dihasilkan
berbeda-beda bergantung pada tingkat konsentrasi logam yang diukur. Bila warna
api merah, maka menandakan bahwa terlalu banyaknya gas. Dan warna api paling
biru, merupakan warna api yang paling baik, dan paling panas.
d. Monokromator
Setelah radiasi
resonansi dari lampu katoda berongga melalui populasi atom di dalam nyala,
energy radiasi ini sebagian diserap dan sebagian lagi diteruskan. Fraksi
radiasi yang diteruskan dipisahkan dari radiasi lainnya. Pemilihan atau
pemisahan radiasi tersebut dilakukan oleh monokromator.
Monokromator berfungsi untuk memisahkan
radiasi resonansi yang telah mengalami absorpsi tersebut dari radiasi-radiasi
lainnya. Radiasi lainnya berasal dari lampu katoda berongga, gas pengisi lampu
katoda berongga atau logam pengotor dalam lampu katoda berongga. Monokromator
terdiri atas sistem optik yaitu celah, cermin dan kisi.
e. Detektor
Detektor berfungsi
mengukur radiasi yang ditransmisikan oleh sampel dan mengukur intensitas
radiasi tersebut dalam bentuk energi listrik.
f. Rekorder
Sinyal listrik yang
keluar dari detektor diterima oleh piranti yang dapat menggambarkan secara otomatis
kurva absorpsi.
g. Tabung Gas
Tabung gas pada AAS yang
digunakan merupakan tabung gas yang berisi gas asetilen. Gas asetilen pada AAS
memiliki kisaran suhu ± 20.000K, dan ada juga tabung gas yang berisi gas N2O
yang lebih panas dari gas asetilen, dengan kisaran suhu ± 30.000K. Regulator
pada tabung gas asetilen berfungsi untuk pengaturan banyaknya gas yang akan
dikeluarkan, dan gas yang berada di dalam tabung. Spedometer pada bagian kanan
regulator merupakan pengatur tekanan yang berada di dalam tabung.
Pengujian untuk
pendeteksian bocor atau tidaknya tabung gas tersebut, yaitu dengan mendekatkan
telinga ke dekat regulator gas dan diberi sedikit air, untuk pengecekkan. Bila
terdengar suara atau udara, maka menendakan bahwa tabung gas bocor, dan ada gas
yang keluar. Hal lainnya yang bisa dilakukan yaitu dengan memberikan sedikit
air sabun pada bagian atas regulator dan dilihat apakah ada gelembung udara
yang terbentuk. Bila ada, maka tabung gas tersebut positif bocor. Sebaiknya
pengecekkan kebocoran, jangan menggunakan minyak, karena minyak akan dapat
menyebabkan saluran gas tersumbat. Gas didalam tabung dapat keluar karena
disebabkan di dalam tabung pada bagian dasar tabung berisi aseton yang dapat
membuat gas akan mudah keluar, selain gas juga memiliki tekanan.
h.
Ducting
Ducting merupakan
bagian cerobong asap untuk menyedot asap atau sisa pembakaran pada AAS, yang
langsung dihubungkan pada cerobong asap bagian luar pada atap bangunan, agar
asap yang dihasilkan oleh AAS, tidak berbahaya bagi lingkungan sekitar. Asap
yang dihasilkan dari pembakaran pada AAS, diolah sedemikian rupa di dalam
ducting, agar polusi yang dihasilkan tidak berbahaya.
Cara pemeliharaan
ducting, yaitu dengan menutup bagian ducting secara horizontal, agar bagian
atas dapat tertutup rapat, sehingga tidak akan ada serangga atau binatang
lainnya yang dapat masuk ke dalam ducting. Karena bila ada serangga atau
binatang lainnya yang masuk ke dalam ducting , maka dapat menyebabkan ducting
tersumbat.
Penggunaan ducting
yaitu, menekan bagian kecil pada ducting kearah miring, karena bila lurus
secara horizontal, menandakan ducting tertutup. Ducting berfungsi untuk
menghisap hasil pembakaran yang terjadi pada AAS, dan mengeluarkannya melalui
cerobong asap yang terhubung dengan ducting.
i.
Kompresor
Kompresor merupakan
alat yang terpisah dengan main unit, karena alat ini berfungsi untuk mensuplai
kebutuhan udara yang akan digunakan oleh AAS, pada waktu pembakaran atom.
Kompresor memiliki 3 tombol pengatur tekanan, dimana pada bagian yang kotak
hitam merupakan tombol ON-OFF, spedo pada bagian tengah merupakan besar
kecilnya udara yang akan dikeluarkan, atau berfungsi sebagai pengatur tekanan,
sedangkan tombol yang kanan merupakantombol pengaturan untuk mengatur
banyak/sedikitnya udara yang akan disemprotkan ke burner. Bagian pada belakang
kompresor digunakan sebagai tempat penyimpanan udara setelah usai penggunaan
AAS.
Alat ini berfungsi
untuk menyaring udara dari luar, agar bersih.posisi ke kanan, merupakan posisi
terbuka, dan posisi ke kiri merupakan posisi tertutup. Uap air yang
dikeluarkan, akan memercik kencang dan dapat mengakibatkan lantai sekitar
menjadi basah, oleh karena itu sebaiknya pada saat menekan ke kanan bagian ini,
sebaiknya ditampung dengan lap, agar lantai tidak menjadi basah dan uap air
akan terserap ke lap.
j.
Buangan pada AAS
Buangan pada AAS
disimpan di dalam drigen dan diletakkan terpisah pada AAS. Buangan dihubungkan
dengan selang buangan yang dibuat melingkar sedemikian rupa, agar sisa buangan
sebelumnya tidak naik lagi ke atas, karena bila hal ini terjadi dapat mematikan
proses pengatomisasian nyala api pada saat pengukuran sampel, sehingga kurva
yang dihasilkan akan terlihat buruk.
Tempat wadah buangan
(drigen) ditempatkan pada papan yang juga dilengkapi dengan lampu indicator.
Bila lampu indicator menyala, menandakan bahwa alat AAS atau api pada proses
pengatomisasian menyala, dan sedang berlangsungnya proses pengatomisasian nyala
api. Selain itu, papan tersebut juga berfungsi agar tempat atau wadah buangan
tidak tersenggol kaki. Bila buangan sudah penuh, isi di dalam wadah jangan
dibuat kosong, tetapi disisakan sedikit, agar tidak kering.
2.2 Cara Menggunakan AAS
Terdapat tiga proses dalam menganalisis logam
menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom, yaitu: Pra Analitik, Analitik, dan
Pasca Analitik.
a.
Pra Analitik
Pada tahap ini,
dilakukan preparasi sampel dan deret larutan. Standar dan sampel
harus dipersiapkan dalam bentuk larutan yang cukup stabil. Dianjurkan dalam
larutan dengan keasaman yang rendah untuk mencegah korosi. Berikut cara
kerjanya:
·
Pembuatan standar: unsur yang akan dianalisa dilarutkan dalam
pelarut yang sesuai. Lalu dibuat dalam deret konsentrasi tertentu
untuk pembuatan kurva standar.
·
Preparasi sampel: digunakan pelarut yang sesuai dengan unsur
yang akan dianalisa. Jika sampel berbentuk padatan maka harus dilarutkan
terlebih dahulu. Apabila sampel berbentuk cair bisa langsung diencerkan.
·
Lalu standard dan sampel disaring dengan syringe filter dan
dimasukan kedalam tabung reaksi.
·
Selanjutnya AAS dioperasikan dengan cara:
1. Pertama-tama gas di buka terlebih dahulu,
kemudian kompresor, lalu ducting, main unit,
dan komputer secara berurutan.
2. Di buka program saa (spectrum analyse specialist),
kemudian muncul perintah “apakah ingin mengganti lampu katoda”, jika ingin
mengganti klik yes dan jika tidak no.
3. Dipilih yes untuk masuk ke menu individual
command, dimasukkan nomor lampu katoda yang dipasang ke dalam kotak dialog,
kemudian diklik setup, kemudian soket lampu katoda akan berputar menuju posisi
paling atas supaya lampu katoda yang baru dapat diganti atau ditambahkan dengan
mudah.
4. Dipilih no jika tidak ingin mengganti lampu
katoda yang baru.
5. Pada program sas 3.0, dipilih menu select
element and working mode.dipilih unsur yang akan dianalisis dengan mengklik langsung
pada symbol unsur yang diinginkan. Jika telah selesai klik ok, kemudian muncul
tampilan condition settings.
6. Diatur parameter yang dianalisis dengan
mensetting fuel flow:1,2 ; measurement; concentration ; number of sample: 2 ;
unit concentration : ppm ; number of standard : 3 ; standard list : 1 ppm, 3
ppm, 9 ppm.
7. Diklik ok and setup, ditunggu hingga selesai
warming up.
8. Diklik icon bergambar burner/ pembakar,
setelah pembakar dan lampu menyala alat siap digunakan untuk mengukur logam.
9. Pada menu measurements pilih measure sample.
b.
Analitik
·
Diukur blanko, standar, dan sampel dengan cara berikut:
1. Dimasukkan blanko, didiamkan hingga garis
lurus terbentuk, kemudian dipindahkan ke standar 1 ppm hingga data
keluar.
2. Dimasukkan blanko untuk meluruskan kurva,
diukur dengan tahapan yang sama untuk standar 3 ppm dan 9 ppm. Maka akan
didapatkan kurva standar.
3. Dimasukkan ke sampel 1 hingga kurva naik dan
belok baru dilakukan pengukuran.
4. Dimasukkan blanko kembali dan dilakukan
pengukuran sampel ke 2.
5. Setelah pengukuran selesai, data dapat
diperoleh dengan mengklik icon print atau pada baris menu dengan mengklik file
lalu print.
6. Apabila pengukuran telah selesai, aspirasikan
air deionisasi untuk membilas burner selama 10 menit, api dan lampu burner
dimatikan, program pada komputer dimatikan, lalu main unit aas, kemudian kompresor,
setelah itu ducting dan terakhir gas.
·
Metode yang digunakan adalah metode Kurva kalibrasi.
Dalam metode ini
dibuat suatu seri larutan standar dengan berbagai konsentrasi dan absorbansi
dari larutan tersebut diukur dengan AAS. Sehingga didapatkan kurva kalibrasi dengan
persamaan garis lurus : Y = a + bx dimana:
a = intersep
b = slope
x = konsentrasi
Y = absorbansi
Penentuan kadar sampel dapat dilakukan dengan memplotkan data
absorbansi terhadap konsentrasi atau dengan cara mensubstitusikan absorbansi ke
dalam persamaan garis lurus.
c.
Pasca Analitik
Pada tahap ini
dilakukan pencatatan dan pelaporan, PMI, PME, pencantuman nilai rujukan/ batas
baku mutu, verifikasi dan validasi hasil pemeriksaan.
2.3 Kelebihan dan
Kelemahan Atomic Absorption Spectrophotometry
Kelebihan 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)
Analisis menggunakan
AAS ini terdapat kelemahan, karena terdapat beberapa sumber kesalahan,
diantaranya: Sumber kesalahan pengukuran yang dapat terjadi pada pengukuran
menggunakan SSA dapat diprediksikan sebagai berikut:
1. Kurang
sempurnanya preparasi sampel, seperti:
- Proses destruksi yang kurang sempurna
- Tingkat keasaman sampel dan blanko tidak
sama
2. Kesalahan matriks, hal ini disebabkan adanya perbedaan
matriks sampel dan matriks standar
3. Aliran sampel pada burner tidak sama kecepatannya atau ada
penyumbatan pada jalannya aliran sampel.
4.
Gangguan kimia berupa:
- Disosiasi tidak sempurna
- Ionisasi
- Terbentuknya senyawa refraktori
Tidak ada komentar:
Posting Komentar