Analisa Spekhtrofotometer Serapan Atom ( AAS )

Spektrophotometry

Spektrofotometri merupakan suatu metoda analisa yang didasarkan pada pengukuran serapan  sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada panjang gelombamg spesifik dengan menggunakan monokromator prisma atau kisi difraksi dengan detektor fototube.

Spektrofotometer sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiri dari spektrofotometer dan fotometer. Spektrofotometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pemgukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau diadsorpsi. Jadi spektrofomewter digunakan untuk mengukur energi secara relative jika energy tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang. Kelebihan spektofotometer dibandingkan fotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih dapat lebih terseleksi dan ini diperoleh dengan alat pengurai seperti prisma, grating ataupun celah optis. Pada fotometer, sinar dengan panjang gelombang yang diinginkan diperoleh dengan berbagai filter dari berbagai warna yang mempunyai spesifikasi melewatkan trayek panjang gelombang tertentu. Pada fotometer filter, tidak mungkin diperoleh panjang gelombang yang benar-benar monokromatis, melainkan suatu trayek panjang gelombang 30-40 nm. Sedangkan pada spektrofotometer , panjang gelombang yang benar-benar terseleksi dapat diperoleh dengan bantuan alat pengurai cahaya seperti prisma. Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spektrum tampak yang kontinu, monokromator sel pengabsorpsi untuk larutan sampel atau blangko dan suatu alat untuk mengukur perbedaan absorpsi antara sampel dan blangko ataupun pembanding.

Benda bercahaya seperti matahari atau bohlam listrik memancarkan spektrum yang lebar terdiri atas panjang gelombang. Panjang gelombang yang dikaitkan dengan cahaya tampak itu mampu mempengaruhi selaput pelangi mata manusia dan karenanya menimbulkan kesan subyektif akan ketampakan (vision). Dalam analisis secara spektrofotometri terdapat tiga daerah panjang gelombang elektromagnetik yang digunakan, yaitu daerah UV  (200 – 380 nm), daerah visible (380 – 700 nm), daerah inframerah (700 – 3000 nm) (Khopkar 1990).

Suatu grafik yang menghubungkan antara banyaknya sinar yang diserap dengan frekuensi (panjang gelombang) sinar merupakan spektrum absorpsi. Transisi yang dibolehkan untuk suatu molekul dengan struktur kimia yang berbeda adalah tidak sama sehingga spektra absorpsinya juga berbeda. Dengan demikian, spektra dapat digunakan sebagai bahan informasi yang bermanfaat untuk analisis kualitatif. Banyaknya sinar yang diabsorpsi pada panjang gelombang tertentu sebanding dengan banyaknya molekul yang menyerap radiasi, sehingga spektra absorpsi juga dapat digunakan untuk analisis kuantitatif ( Rohman, Abdul, 2007).

Semua molekul dapat mengabsorpsi radiasi daerah UV-Vis karena mereka mengandung elektron, baik sekutu maupun menyendiri, yang dapat dieksitasikan ke tingkat energi yang lebih tinggi (Underwood, 2002).

Spektrophotometer Serapan Atom

Sejarah singkat tentang serapan atom pertama kali diamati oleh FROUNHOFER, yang pada saat itu menelaah garis-garis hitam pada spectrun matahari. Sedangkan yang memanfaatkan prinsip serapan atom pada bidang analisis adalah seorang Australia bernama Alan Walsh di tahun 1995. Sebelumnya ahli kimia banyak tergantung pada cara-caraspektrofotometrik atau metode spektrogenik. Beberapa cara ini dianggap sulit dan memakan banyak waktu, kemudian kedua metode tersebut segera digantikan dengan SpektometriSerapan Atom.

Disebut juga Spektroskopi Serapan Atom (SSA). Absorbsi atom adalah spektroskopi atom yang pertama kali dapat diandalkan untuk menganalisa adanya logam dalam sampel yang berasal dari lingkungan.

Prinsip dasar AAS

Dalam AAS kita mengukur serapan (absorbsi) yang dialami oleh seberkas sinar yang melalui kumpulan atom-atom. Serapan akan bertambah dengan bertambahnya jumlah atom yang menyerap sinar tersebut.

Sinar tersebut bersifat monokromatis dan mempunyai panjang gelombang (λ) tertentu. Suatu atom unsur X hanya bisa menyerap sinar yang panjang gelombangnya sesuai dengan unsur X tersebut. Artinya, sifat menyerap sinar ini merupakan sifat yang khas (spesifik) bagi unsur X tersebut. Misal : atom Cu menyerap sinar dengan λ = 589,0 nm sedangkan atom Pb menyerap sinar dengan λ = 217,0 nm. Dengan menyerap sinar yang khas, atom tersebut tereksitasi (elektron terluar dari atomnya tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi).

Hubungan antara serapan yang dialami oleh sinar dengan konsentrasi analit dalam larutan standar bisa dipergunakan untuk menganalisa larutan sampel yang tidak diketahui, yaitu dengan mengukur serapan yang diakibatkan oleh larutan sampel tersebut terhadap sinar yang sama. Biasanya terdapat hubungan yang linier antara serapan (A) dengan konsentrasi (c) dalam larutan yang diukur dan koefisien absorbansi (a).

                                          A = a . b . c

Dari hukum Lambert-Beer / Bouguer-Beer

”Bila  cahaya monokromatis dilewatkan pada media  transparan maka berkurangnya intensitas cahaya yang ditransmisikan sebanding dengan ketebalan (b) dan konsentrasi larutan.”

Cara sederhana untuk menemukan konsentrasi unsur logam dalam cuplikan adalah dengan dengan membandingkan nilai absorbans (Ax) dari cuplikan dengan absorbansi zat standar yang dikerahui konsentrasinya.

Ax = Cx                     

As = Cs

Dimana :          Ax = absorban sampel

                              As = absorban standar

                              Cx = konsentrasi sampel

                              Cs = konsentrasi standar

Komponen – komponen Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS)

1.       Lampu katoda berongga (Hollow Cathode Lamp)

Lampu katoda berongga terdiri atas tabung gelas yang  diisi dengan gas argon (Ar) atau neon (Ne) bertekanan rendah (4-10 torr) dan di dalamnya dipasang sebuah katoda berongga dan anoda. Rongga katoda berlapis logam murni dari unsur obyek analisis. Misalnya : untuk pengukuran Fe diperlukan lapisan logam Fe. Batang anoda terbuat dari logam wolfram / tungsten (W).

2.       Ruang pengkabutan (Spray Chamber)

Merupakan bagian di bawah burner dimana larutan contoh diubah menjadi aerosol. Dinding dalam dari spray chamber ini dibuat dari plastik / teflon. Dalam ruangan ini dipasang peralatan yang terdiri atas :

·         Nebulizer glass bead atau impact bead (untuk memecahkan larutan menjadi partikel butir yang halus)

·         Flow spoiler (berupa baling-baling berputar, untuk mengemburkan butir / partikel larutan yang kasar)

·         Inlet dari fuel gas dan drain port (lubang pembuangan)

3.       Pembakar (Burner)

Merupakan alat dimana campuran gas (bahan bakar dan oksida) dinyalakan. Dalam nyala yang bersuhu tinggi itulah terjadi pembentukan atom-atom analit yang akan diukur. Alat ini terbuat dari logam yang tahan panas dan tahan korosi. Desain burner harus dapat mencegah masuknya nyala ke dalam spray chamber. Hal ini disebut ”blow back” dan amat berbahaya. Burner untuk nyala udara asetilen (suhu 2000 – 2200⁰ C) berlainan dengan untuk nyala nitrous oksida-asetilen (suhu 2900 – 3000⁰ C). Burner harus selalu bersih untuk menjamin kepekaan yang tinggi dan kedapatulangan (repeatability) yang baik.

4.       Monokromator & Slit (Peralatan optik)

Fungsi : untuk mengisolir sebuah resonansi dari sekian banyak spektrum yang dihasilkan oleh lampu katoda berongga.

5.       Detektor

Detektor yang biasa digunakan dalam AAS ialah jenis photomultiplier tube, yang jauh lebih peka daripada phototube biasa dan responnya juga sangat cepat (10^-9 det). Fungsinya untuk mengubah energi radiasi yng jatuh pada detektor menjadi sinyal elektrik / perubahan panas.

6.       Lain-lain

·         Pembuangan gas dan udara kotor (exhaust dust)

·         Pipa saluran gas

Metode Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS)

1. Teknik Nyala

a.  Hydride Generation ( analisis logam volatile : As, Sb, Se, Sb, Sn )

1. Flame ( hampir semua logam, dalam ppm )

2. eknik Tanpa Nyala

1. Grafit Furnace ( hampir semua logam, dalam ppb )
2. Cold Vapor ( khusus logam Hg )

1.Metode Nyala ( Flame )

Sampel diaspirasikan ke spray chamber lewat kapiler dari nebulizer. Penyedotan ini akibat efek tekanan gas oksidan yang masuk ke nebulizer. Aliran larutan  ini keluar kapiler dengan kecepatan tinggi dan segera menumbuk silica glass bead di depannya sehingga terpecahlah larutan membentuk butir-butir kabut. Kabut ini  bercampur dengan gas membentuk aerosol. Setelah proses pengkabutan, campuran gas naik menuju burner maka terjadi  proses pemanasan dan pengatoman. Setelah itu terjadi penyerapan sinar oleh atom, banyaknya sinar yang diserap berbanding lurus dengan kadar zat.

2.Metode Tanpa Nyala ( Flameless )

Atomisasi tanpa nyala dilakukan dengan energi listrik pada batang karbon yang biasanya berbentuk tabung grafit. Contoh diletakkan dalam tabung grafit dan listrik dialirkan melalui tabung  tersebut sehingga tabung dipanaskan dan contoh akan teratomisasikan. Temperatur tabung grafit dapat diatur dengan merubah arus listrik yang dialirkan, sehingga kondisi temperatur optimum untuk setiap macam contoh / unsur yang dianalisa dapat dicapai dengan mudah.

3.Metode Cold Vapor

Pada metode ini senyawa raksa ( Hg ) dalam contoh uji dioksidasikan dengan penambahan KmnO₄ menjadi Hg²⁺ pad5a proses destruksi ( dengan waterbath ) pada suhu 95⁰ C, proses destruksi dilakukan dalam suasana asam Hg²⁺ yang terbentuk direduksi oleh SnCl₂ menjadi Hg⁰ ( uap Hg ). Kemudian atom netral tersebut akan menguap sebagai atom-atom bebas dan didorong oleh udara ke sel. Jika cahaya dengan panjang gelombang lampu katoda Hg melalui sel, maka sinar yang diabsorbsi oleh Hg berbanding lurus dengan kadar Hg.