SPEKTROFOTOMETRI  SERAPAN ATOM

(AAS 1)

I.    TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan  ini, mahasiswa diharapkan dapat:

1.      Menggunakan alat spektrofotometri serapan atom

2.      Menganalisis cuplikan secara spektrofotometri serapan atom

II. ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN

Alat Yang Digunakan:

1.      Peralatan GBC AAS 932 Plus

2.      Lampu katoda rongga (misalnya Cu dan Fe)

3.      Labu takar 1 liter

4.      Labu takar 100 ml

5.      Gelas piala

6.      Gelas arloji

7.      Corong gelas

8.      Batang pengaduk

9.      Pipet tetes

10.  Pipet ukurb1 ml

11.  Botol semprot

Bahan Yang Digunakan:

1.      Larutan standar yang bersesuaian dengan lampu yang digunakan (larutan Mg)

2.      Aquabidest/ Aquadest

3.      Sampel : air ledeng, air sungai, dan air sumur

III.             DASAR TEORI

Spektrofotometri serapan atom merupakan salah satu metode analisis yang dapat digunakan untuk menentukan unsur-unsur didalam suatu bahan dengan kepekaan ketelitian serta selektivitas tinggi.

Pada perkembangan terakhir cara analisis spektrofotometer serapan atom selain atominasi dengan nyala (FAAS = Flame Atomic Absorption Spectrophotometry), dapat juga dilakukan atomisasi tanpa nyala yaitu dengan menggunakan energi listrik pada batang karbon (GFAAS = Grafit Furnance Atomic Absorption Spectrophotometry) atau bahkan hanya dengan penguapan (CVAAS = Cold Vapor Atomic Absorption Spectrophotometry), misalnya pada analisis Hg.

Proses atomisasi dengan energi listrik pada batang karbon  dapat mengurangi gangguan spectrum emisi dari nyala atau absorpsi oleh nyala dan besarnya suhu dapat diatur dengan mudah dengan mengatur arus listrik yang digunakan.

Spektrofotometri serapan atom adalah suatu metode analisis yang didasarkan pada proses penyerapan energi radiasi atom-atom yang berada pada tingkat energy dasar (ground state).

Penyerapan energi tersebut menyebabkan tereksitasinya electron dalam atom ke tingkat  yang lebih tinggi (exited state). Pengurangan intensitas radiasi yang diberikan sebanding dengan jumlah atom pada tingkat energi dasar yang menyerap energi radiasi tersebut. Dengan mengukur intensitas radiasi yang diteruskan (transmitan) atau mengukur intensitas radiasi yang diserap (absorbansi) maka konsentrasi unsure di dalam cuplikan dapat ditentukan.

Metode analisis ini sangat selektif karena frekuensi radiasi diserap adalah karakteristik untuk setiap unsur. Radiasi yang diserap ini adalah radiasi resonansi, yaitu radiasi yang berasal dari di-eksitasi atom dari tingkat energi eksitasi ke tingkat energi dasar.

Dalam spektrofotometri serapan atom, lampu katoda rongga (Hollow cathode lamp) digunakan sebagai sumber radiasi resonansi yang diberikan. Lampu ini sesuai dengan unsur yang akan dianalisis. Radiasi resonansi ini mempunyai panjang gelombang atau frekuensi yang karakteristik untuk setiap unsur.

Bila seberkas sinar radiasi dengan intensitas I₀ dilewatkan melalui medium yang panjangnya b dan mengandung atom-atom pada tingkat energi dasar dengan konsentrasi c, maka radiasi akan diserap sebagian dan intensitas radiasi akan berkurang menjadi I, sehingga berlaku persamaan:

           

I = I₀.10^-abc

atau  

T = I/I₀ = 10^-abc       Jika –log T = A

maka        Log I₀/I = a.b.c

dan A = a.b.c

dengan,

a     =   k/2.303 = koefisien serapan (serapan molar)

k     =   konstanta perbandingan

A    =   log I₀/I = absorbansi

I/I₀ =   transmitansi (T)

Syarat gas yang digunakan dalam FAAS adalah sebagai berikut:

1.      Campuran gas memberikan suhu nyala yang sesuai untuk atomisasi unsur yang akan dianalisis sehingga efisiensi atomisasi yang tinggi;

2.      Disarankan tidak menggunakan oksigen murni karena mudah terjadi ledakan;

3.      Gas cukup murni dan bersih, ketidakmurnian gas dan atau adanya debu dapat menyebabkan spectrum dan nyala tidak stabil;

4.      Gas-gas cukup aman, tidak beracun, dan mudah dikendalikan

Untuk  keperluan rutin, cukup sediakan 2 jenis campuran gas, yaitu:

1.      Udara – asetilen, dapat digunakan analisis 35 unsur, temperatur nyala 1900 – 2100 ⁰C;

2.      N₂O – asetilen, dapat digunakan analisis 37 unsur, temperatur nyala 2200 – 3200 ⁰C.

Peralatan:
Setiap alat AAS terdiri atas komponen:
1. Unit atomisasi
     Atomiser nyala

Tujuan Atomisasi : untuk mendapatkan atom-atom netral
Atomisasi dapat dilakukan dengan nyala api (paling banyak digunakan) atau tanpa nyala api
Perlu diperhatikan : panjang/lebar nyala = tebal kuvet, sehingga memenuhi hukum Lambert-Berr
Gas pengoksidasi = Udara, campuran O2 + N2O
Gas pembakar

Bahan bakar = udara dengan propane (AP)
udara dengan asetilen (AA) N2O dengan asetilen (NA)
Udara-hidrogen (AH)

Tahap pembentukan atom dari larutan zat:
1. Pengkabutan
2. Penguapan pelarut
3. Penguraian zat menjadi atom
Contoh proses pembentukan atom Pb dari PbNO3 adalah sbb:
     Pb(NO3)2.H2O Pb(NO3)2 + H2O
     Pb(NO3)2 PbO + NO
     PbO Pb + O (atom-atom netral)

2. Sumber radiasi
     - Lampu Wolfram
     - Lampu katoda berongga
     - Tabung awan muatan gas (Gas Discharge Tubes)

3.  Monokromator
     Monokromator celah dan kisi difraksi.
     Kesulitan : monokromator tidak dapat menghalangi radiasi nyala menuju detector.
     Radiasi nyala dan radiasi yang diteruskan akan bergabung menuju detector.
     Pt = Po –Pa berlaku hokum Lambert - Beer
     Pt = Po – Pa + Pe tdk berlaku hukum Lambert – Beer

4. Detektor
     Fungsi : mengubah intensitas radiasi yang datang menjadi arus listrik
     Umum digunakan : tabung penggandaan foton ( PMT = Photo Multiplier Tube Detector)
Analisa Kuantitatif

Kelebihan AAS:
1. Proses analisisnya cepat
2. Ketelitiannya sampai tingkat runut
3. Tidak memerlukan pemisahan pendahuluan

Beberapa hal yang perlu diperhatikan.
1. Larutan sample diusahakan seencer mungkin (konsentrasi ppm atau ppb). Kadar unsur yang    

     dianalisis tidak lebih dari 5% dalam pelarut yang sesuai
2. Hindari pemakaian pelarut aromatic atau halogenida. Pelarut organik yang umum digunakan

     adalah keton, ester dan etil asetat.
3. Pelarut yang digunakan adalah pelarut untuk analisis (p.a)

Langkah analisis kuantitatif:
1. Pembuatan Larutan Stok dan larutan standar
2. Pembuatan kurva baku

Persamaan Garis Lurus : Y = a + bx
a = intersept
b = slope
x = konsentrasi
Y= absorbansi
n(Σxy)-( Σx)(Σy)
b = -----------------------
n Σ x2 – (Σx)2

Σy -bΣx
a = -------------
n

3. Penentuan Kadar sample
     Dapat dilakukan dengan memplotkan data absorbansi terhadap konsentrasi atau dengan           cara mensubstitusi absorbansi ke dalam persamaan garis lurus.

     Gangguan Pada analisa SAA
     Penyebab: faktor matriks sample dan faktor kimia

     Faktor matriks sample dapat berupa:
-    Pengendapan unsure yang dianalisa,
     Penyebab : hidrolisis ion-ion logam dalam air dan reaksi dg anion lain
     Pencegahan: mengasamkan larutan (mencegah hidrolisa)
-    Jumlah cuplikan dan standar yang mencapai nyala tidak sama
     Penyebab : perbedaan sifat-sifat fisik larutan cuplikan dan standar

Faktor kimia:
a. Disosiasi tak sempurna dari senyawa-senyawa
     Pembentukan senyawa refraktori, spt : kalsium fosfat, syw-syw fosfat, silikat, aluminat, dan     

oksida-oksida dari logam alkali tanah dan Mg.
     Contoh : analisis logam kalsium, jika terdapat silikat dalam larutan maka akan terjadi:
     CaO + MO.SiO2 CaO(SiO2)x + hasil reaksi lainnya

Penanggulangan:
-    Penggunaan nyala yang lebih tinggi suhunya
-    Penambahan unsur pembebas (releasing agent)
Contoh: Sr dan La, akan mengikat fosfat
-    Ekstraksi unsur pengganggu atau unsure yang akan dianalisa

b. Ionisasi atom-atom di dalam nyala
    Penanggulangan : menambahkan zat-zat yang memiliki potensial ionisasi lebih rendah dari zat  

    yang dianalisa dalam jumlah yang cukup besar, baik dalam cuplikan maupun larutan standar
c. Penyerapan non atomic
     Penyebab : - Konsentrasi cuplikan tinggi
                        - Suhu nyala kurang tinggi
                        - Panjang gelombang molekul berimpit dengan puncak atau garis serapan atom
                          unsur yang dianalisa

Penanggulangan:
1. Bekerja pada panjang gelombang yang lebih tinggi
2. Dengan menggunakan nyala yang suhunya lebih tinggi
3. Mengukur besarnya penyerapan non atomic

Koreksi terhadap adanya penyerapan non atomic dapat dilakukan dengan cara:
1. Absorban cuplikan diukur seperti biasa dengan menggunakan lampu hollow katoda
2. Dilakukan lagi pengukuran absorban pada pjg gelombang yang sama tetapi menggunakan  

     sinar lampu hydrogen, sehingga yang diukur adalah absorban non atomic
3. Absorban atomic = selisih hasil pengukuran 1 dan 2.

            Pada analisis kuantitatif, ada tiga macam metode yang sesuai dan secara umum lebih sering digunakan pada penentuan unsur di dalam suatu bahan, seperti yang akan diuraikan di bawah ini.

1.      Metode relatif, yaitu dengan mengukur absorbansi atau transmitasi dari larutan blanko, larutan standar, dan larutan cuplikan. Rumus perhitungan yang digunakan:

 =

Cs =  Co

dengan:

A_b = absorbansi larutan baku

A_o = absorbansi larutan blanko

A_s = absorbansi larutan cuplikan

C_o = konsentrasi larutan baku

C_s = konsentrasi larutan cuplikan

2.      Metode kurva kalibrasi/standar, yaitu dengan membuat kurva antara konsentrasi larutan standar (sebagai absis) lawan absorbansi  (sebagai ordinat) yang kurva tersebut berupa garis lurus. Kemudian dengan cara menginterpolasikan ansorbansi larutan cuplikan ke dalam kurva standar tersebut, akan diperoleh konsentrasi larutan cuplikan.

3.      Metode penambahan standar

Untuk kondisi tertentu, metode kurva kalibrasi baik karena adanaya matrik yang menganggu pengukuran absorbansi atau transmitannya.

Pada metode ini, dibuat sederetan larutan cuplikaan dengan konsentrasi yang masing-masing ditambah larutan standar, dan unsur yang dianalisis oleh konsentrasi mulai dari 0 ppm sampai konsentrasi tertentu.

Absorbansi masing-masing larutan diukur dan dibuat kurva absorbansi terkonsentrasi unsur standar yang ditambahkan. Ekstrapolasi dari kurva ke konsentrasi akan diperoleh intrersep yang merupakan konsentrasi unsur di dalam cuplikan yang akan diukur.

Selain cara ekstrapolasi, konsentrasi unsur di dalam larutan cuplikan dapat dihitung dengan persamaan:

            C_s =   X

     dengan:

     C_s      = konsentrasi unsure di dalam larutan cuplikan

     A_o     = absorbansi larutan cuplikan tanpa penambahan larutan standar

     A_add   = absorbansi larutan cuplikan dengan penambahan standar

     X       = konsentrasi unsur standar yang ditambahkan

Gangguan-gangguan yang mungkin terjadi pada metode spektrofotometri serapan atom, antara lain gangguan karena serapan latar, gangguan matriks, gangguan kimia, gangguan ionisasi, gangguan spectra dan gangguan.

IV.  PROSEDUR PERCOBAAN      

SOP GBC AAS 932 Plus

A.    Setting Gas Supply

1.      Menge-set  gas Acytelene pada range 8 – 14 psi

2.      Menge-set Compress Air (udara tekan) pada range 45 – 60 psi

3.      Menge-set gas N2O pada range 45 – 60 psi

(panaskan N2O dengan menghubungkan kabel di regulator ke sumber PLN)

4.      Menyalakan blower (exhause)

B.     Setting Instrumen

1.      Menghidupkan computer

2.      Memilih icon versi 1.33, mengklik dua kali. Menunggu hingga selesai.

3.      Mengklik metode, lalu mengatur dengan ketentuan berikut:

-          Description (mengatur unsure yang akan diamati; memasukkan nama unsure atau mengklik pada tabel sistem perioda)

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

-          Measurement (pilih integration, memasukkan waktu pembacaan dan jumlah replica yang akan digunakan)

-          Calibrasi (memilih linier least square trought zero)

-          Standard (menambah atau mengurangi row sesuai jumlah standar yang digunakan)

-          Quality (membiarkan seperti apa adanya)

-          Flame (memilih tipe nyala api pembakaran, memilih Air-Acetylen)

4.      Meng-klik sampel

-          Menambah atau mengurangi row untuk sampel yang digunakan

5.      Meng-klik analisis (menghubungkan dengan file, membiarkan seperti adanya)

6.      Meng-klik result (menampilkan layar untuk pengamatan hasil)

C.     Persiapan Sampel

Menyiapkan sampel, mengencerkan bila perlu (koordinasi dengan instruktur)

D.    Pengukuran Sampel

1.      Menekan air acytelene diikuti IGNITION (penyalaan).

2.      Meng-klik START pada aplikasi window, menunggu sampai terbaca instrument ready di bagian bawah layar.

3.      Meng-klik ZERO pada window, menunggu hingga instrument ready muncul.

4.      Komputer akan meminta cal blank (aspirasikan larutan pengencer (aquadest yang digunakan), meng-klik OK, program akan mengukur blanko.

5.      Setelah blanko selesai, program akan meminta standar 1, mengaspirasikan larutan standar 1, meng-klik OK. Melakukan pengulangan untukseluruh larutan standar.

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

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

V. DATA PENGAMATAN

Kondisi pengoperasian alat

·         Lampu yang digunakan             : Lampu Mg

·         Arus lampu yang digunakan     : 7.0 µA

·         Panjang Gelombang                  : 285,2 nm

·         Laju Udara                                : 10.001/min

·         Laju asetilen                             : 2.001/min

Larutan	Konsentrasi (µg/ml)	Absorbansi
Blanko	0	-0.0018
Standar 1	2	0.3147
Standar 2	4	0.5705
Standar 3	6	0.7373
Standar 4	8	0.8640
Standar 5	10	0.9582

Larutan	Konsentrasi (µg/ml)	Konsentrasi (Ms. Excel)	Absorbansi	Persen kesalahan
Air sungai	0.881	1.194	0.1387	35.5 %
Air ledeng	1.220	1.476	0.1920	20.9 %
Air sumur	1.148	1.416	0.1807	23.4 %

VI. PERHITUNGAN

1.    Pembuatan Larutan

a.    100 ppm Mg dari 1000 ppm Mg

Cons . Volume                    =  Cons . Volume

(100 mg/L) x (100 ml)          = (1000mg/L) x V

V                                        = 10 ml

b.    2 ppm Mg dari 100 ppm Mg

Cons . Volume                    =  Cons . Volume

(2 mg/L) x (100 ml)             = (1000mg/L) x V

V                                        = 2 ml

c.    4 ppm Mg dari 100 ppm Mg

Cons . Volume                    =  Cons . Volume

(4 mg/L) x (100 ml)             = (1000mg/L) x V

V                                        = 4 ml

d.    6  ppm Mg dari 100 ppm Mg

Cons . Volume                     =  Cons . Volume

(6 mg/L) x (100 ml)              = (1000mg/L) x V

V                                         = 6 ml

e.    8 ppm Mg dari 100 ppm Mg

Cons . Volume                    =  Cons . Volume

(8 mg/L) x (100 ml)             = (1000mg/L) x V

V                                        = 8 ml

f.     10 ppm Mg dari 100 ppm Mg

Cons . Volume                    =  Cons . Volume

(10 mg/L) x (100 ml)            = (1000mg/L) x V

V                                        = 10 ml

        PEMBUATAN LARUTAN

Y           = mx + c

Y           = 0,189x – 0.087

R²          = 0,951

·         Sampel air sungai

Y           = 0,189x – 0.087

0.1387   = 0,189x – 0.087

0.2257   = 0.189

X           = 1,194

·         Sampel air ledeng

Y           = 0,189x – 0.087

0.1920   = 0,189x – 0.087

0.279     = 0.189x

X           = 1,476

·         Sampel air sumur

Y           = 0,189x – 0.087

0.1807   = 0,189x – 0.087

0,2677   = 0,189x

X           = 1,416

% kesalahan:

·         Air sungai

  0.881 – 1,194       x 100%       = 35.5 %

      0.881

·         Air ledeng

1.220 – 1.476        x 100 %        = 20.98 %

      1.220

·         Air sumur

1.148 – 1.416        x 100 %        = 23.4 %

      1.148

VII. ANALISA PERCOBAAN

          Analisa dengan menggunakan spektrofotometri serapan atom ini khusus untuk unsure logam dan metalloid. Pada percobaan pertama, unsure yang digunakan adalah magnesium (Mg) dan menggunakan lampu katoda Mg dengan panjang gelombang 285.2 nm. Pada analisis ini digunakan asetilen.

          Dibuat larutan Mg dengan konsentrasi kelipatan 2 ppm sebagai larutan standar, dengan cara mengencerkan dari larutan 1000 ppm menjadi 100 ppm, kemudian baru diencerkan lagi dengan konsentrasi 2 – 10 ppm, dengan rentang konsentrasi 2 ppm ( 2 ppm, 4 ppm, 6 ppm, 8 ppm, 10 ppm).

          Sebelum alat digunakan, terlebih dahulu computer dihidupkan. Setelah itu, kemudian dibuka program analisa AAS, yaitu GBC versi 1.33. kemudian melakukan pengaturan atau seting program, seperti ada dilangkah kerja, sesuai dengan unsure yang akan dianalisa dan peralatan yang digunakan. Kemudian alat dihidupkan dan alat dibersihkan dengan kartu khusus yang mempunyai fungsi untuk membersihkan bagian pematik api, dan juga untuk mengetahui posisi sinar lampu. Dengan menempatkan tanda asaran sinar di atas pematik, sampai sinar tepat mengenai tengah bull’s eye atau tanda sasaran.

          Untuk memulai analisa, menekan tombol ‘start’ pada program, kemudian program akan meminta blanko dan semua larutan standar secara berurutan. Pipa kapiler dimasukkan ke dalam larutan, kemudian ditekan OK.

          Dari hasil analisa di dapat kurva yang menurun dibagian tengah, yaitu pada larutan standar ke 3. Larutan standar 1, 2, 4, dan 5 mempunyai garis hampir lurus, tetapi pada larutan ke 3 tidak karena titiknya berada di bawah garis regresi.

          Penyebab kesalahan dalam praktikum dengan larutan standar mungkin karena beberapa ketidak ketelitian dalam bekerja. Secara teoritis, kesalahan dapat disebabkan karena factor matriks dan factor kimia. Factor matriks dapat berupa pengendapan unsure dan perbedaan sifat sampel yang dianalisa dan larutan standar. Factor kimia berupa disosiasi tak sempurna dari senyawa – senyawa dan ionisasi atom – atom didalam nyala

VIII. KESIMPULAN

a.  AAS adalah spektrofotometer yang berpinsip pada penyerapan atom.

b.  AAS digunakan untuk menganalisis unsure – unsure logam.

c.  Konsentrasi larutan standar yang digunakan adalah 2 ppm sampai 10 ppm dengan rentang 2 ppm

d.  Regresi dari Microsoft excel adalah 0.951

e.  Pada analisis sampel persen kesalahan yang terjadi sebesar.

Air sungai = 35.5 %

Air ledeng = 20.9 %

Air sumur = 23.4 %