1. ATOMIC ABSORPTION SPECTROPHOTOMETER
(AAS)
PENGANTAR
Pada spektrofotometer UV/Vis, absorpsi radiasi dilakukan oleh
molekul.
Pada AAS absorpsi radiasi dilakukan oleh atom-atom bebas.
Sampel diumpankan dalam fase cair.
Sampel padat dipreparasi agar menjadi larutan kemudian harus
diuapkan diikuti dengan disosiasi molekul untuk menghasilkan atom
bebas.
Cara kerja AAS pada prinsipnya sama dengan kerja
spektrofotometer UV/Vis.
6. Guna AAS
Menganalisis kandungan logam-logam dalam suatu sampel.
Hampir semua jenis logam bisa dianalisis dengan AAS.
Gro
up
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Peri
od
1
1
H
2
He
2
3
Li
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3
11
Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4
19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5
37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6
55
Cs
56
Ba
*
71
Lu
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7
87
Fr
88
Ra
**
103
Lr
104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Uub
113
Uut
114
Uuq
115
Uup
116
Uuh
117
Uus
118
Uuo
7. ATOMISASI
Cara mengatomkan unsur logam umumnya dengan
energi panas. Ada 2 cara yang bisa dipakai yaitu:
Flame atomization
Graphite furnace atomization
Untuk menghasilkan uap teratomisasi yang optimum
maka suhu harus diatur dengan baik.
Bila suhu terlalu tinggi maka sebagian atom terion
sehingga tidak bisa menyerap panjang gelombang yang
diharapkan.
8. Flame Atomization
Bahan bakar gas asetilen (C2H2) dan udara
(pengoksidasi). T (suhu) maksimal sekitar 2400oC.
T lebih tinggi udara diganti dengan N2O. Suhu yang
dicapai adalah antara 2800 – 3000oC.
Cara kerja:
Bahan bakar + pengoksidasi dimasukkan ke mixing
chamber melalui beberapa baffle (supaya pencampuran
sempurna)
Larutan sampel disuntikkan ke mixing chamber dengan
air jet, lalu sampai pada nyala api di burner akan
mengalami pengatoman
9. Kelemahan:
Kira-kira hanya 10% sampel yang teratomiosasi, sebagian
besar keluar melalui drain (di bagian bawah mixing chamber).
Waktu tinggal atom dalam nyala kira-kira hanya 10-5 – 10-4
detik.
Untuk analisis perlu sampel ± 20 mL.
Tidak cocok untuk trace element (elemen dengan jumlah
sangat sedikit dalam suatu sampel).
Tidak cocok untuk unsur-unsur yang volatil (contoh Hg) dan
metalloid (Contoh: Te, Se, As, Sb).
11. Pada 1700 – 2400oC, hanya sampel yang mudah terdekomposisi
yang dapat teratomkan. Pada umumnya dekomposisi sampel perlu
temperatur yang lebih tinggi.
Kecepatan pembakaran (burning velocity) penting, karena nyala
yang stabil hanya diperoleh pada gas flame rate tertentu.
Kecepatan aliran gas harus mencapai kecepatan pembakaran.
Graphite Furnace Atomization
Sebagai tempat sampel digunakan tabung graphit dengan
diameter beberapa mm dan panjang kira-kira 1 cm.
Di bagian atas tabung ada lubang untuk memasukkan sampel.
Tabung dipanaskan dalam furnace dengan arus listrik. Kuat arus
yang digunakan ± 300 A dengan 10 V.
Untuk mencapai suhu 3000oC perlu 3 kW.
12. Keuntungan graphite furnace atomization antara lain:
Semua sampel teratomisasi
Waktu tinggal 10-3 – 10-2 detik
Sensitivitas pembacaan konsentrasi 1000x dari
sensitivitas pada sistem flame.
Volume sampel hanya beberapa mikroliter
Dapat untuk trace element, juga untuk unsur-unsur volatil.
13. Batas terkecil kemampuan pembacaan konsentrasi
sampel untuk logam-logam tertentu
Logam
Cara
pengatoman
Timbal
(Pb)
Tembaga
(Cu)
Arsen
(As)
Flame 0,10 mg/L 0,04 mg/L 0,4 mg/L
Graphite
furnace
0,07 0,09 0,26
L
g /
L
g /
L
g /
14. Sumber radiasi
Hollow cathode lamp yang terdiri atas sebuah
tabung gelas/kwarsa dengan 2 buah elektrode.
Lampu tabung katode tersedia untuk masing-
masing unsur logam.
Schematic of a hollow-cathode lamp
15. Pengukuran konsentrasi dengan AAS
Metode kurva kalibrasi
Metode penambahan/addisi standard
Metode pembacaan konsentrasi secara langsung
(pemakaian kurva kalibrasi)
16. Metode kurva kalibrasi
Kurva kalibrasi diperlukan untuk memperoleh hubungan antara
konsentrasi dan absorbansi yang dibaca pada AAS. Cara ini
paling banyak digunakan.
Langkah-langkah:
1. Membuat larutan standard yang konsentrasinya diketahui
dengan pasti dengan cara mengencerkan larutan standard
pekat (titrisol/spektrosol) menggunakan DDW (deionized
distilled water) serta menyiapkan sampel.
2. Mengukur absorbansi larutan standar dan sampel dengan AAS.
3. Membuat grafik hubungan antara konsentrasi dengan
absorbansi (kurva kalibrasi)
4. Membaca konsentrasi sampel pada kurva kalibrasi yang sudah
dibuat.
17. 0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Conc / mg/l
Abs
Gambar 1. Kurva kalibrasi (hubungan antara konsentrasi dengan Absorbansi
Perlu diperhatikan:
Kurva standard harus linier
Konsentrasi sampel terletak pada kisaran kurva standard.
Kurva kalibrasi minimal 4 atau 5 titik.
Komposisi larutan standard sama dengan komposisi sampel.
18. Contoh: larutan standard Cu dalam air, sampel mengandung Cu, Pb, Ca
dalam air. Pb dan Ca menyebabkan terjadinya kesalahan pengukuran
akibat adanya interferensi.
Cara mencegah:
Pisahkan unsur yang akan ditentukan konsentrasinya
Hilangkan unsur-unsur yang dapat menyebabkan interferensi.
Jika unsur yang dapat menekan interferensi sudah diketahui,
maka tambahkan zat tersebut pada larutan.
Contoh:
Ca diinterferensi oleh adanya fosfat. Dengan menambahkan LaCl3 akan
membentuk kompleks lanthanum fosfat yang stabil, kalsiumnya dapat
direduksi menjadi atom Ca.
19. Metode penambahan standard/addisi standard
Metode ini dapat mengurangi kesalahan hasil pengukuran karena
adanya perbedaan komposisi antara larutan standard dan sampel.
Langkah-langkah penyiapan sampel:
Siapkan 5 buah labu takar dengan volume tertentu.
Isilah masing-masing labu dengan sampel dengan volume yang
sama.
Ke dalam 4 buah labu ditambahkan larutan standard dengan volume
yang berbeda.
Tambahkan DDW ke dalam semua labu sampai tanda garis, lalu
dikocok sampai homogen.
Ukurlah absorbansi masing-masing dengan AAS.
Buat kurva hubungan antara konsentrasi dengan absorbansi.
20.
21. Kurva ini berupa garis lurus yang tidak melalui titik nol. Nilai
konsentrasi larutan yang diukur terletak pada sumbu x positif
dan negatif dengan skala yang sama. Nilai absorbansi
dicantumkan pada sumbu y. Buatlah kurva linier, lalu
perpanjang kurva sampai memotong nilai absorbansi sama
dengan 0. Titik potong garis dengan sumbu x, menunjukkan
konsentrasi larutan sampel (setelah dikalikan dengan
banyaknya pengenceran).
Yang perlu diperhatikan:
Kurva kalibrasi harus lurus
Konsentrasi larutan standard harus dekat dengan sampel
22.
23. Metode pembacaan konsentrasi secara langsung
Langkah-langkah:
Membuat satu set larutan standard
Mengukur absorbansi masing-masing larutan
standard
Nilai absorbansi untuk masing-masing larutan
standard diset pada nilai konsentrasinya.
Jika AAS digunakan untuk mengukur absorbansi
sampel, maka nilai absorbansi dapat langsung
diubah ke bentuk konsentrasi (yang terbaca
langsung konsentrasi).
Yang perlu diperhatikan:
Hanya untuk daerah kurva kalibrasi yang lurus
24. Soal
Kandungan Fe dalam sampel air akan ditentukan dengan AAS memakai cara Adisi
Standard untuk meminimalkan adanya interferensi oleh unsur logam lain. Langkah yang
dilakukan adalah menyediakan 5 buah labu takar yang volumenya 50 mL. Ke dalam
masing-masing labu takar ditambahkan sampel air sebanyak 10 mL. Ke dalam labu I
ditambahkan DDW (deionized distilled water) sampai tanda garis. Ke dalam labu II, III, IV,
dan V berturut-turut dimasukkan 1 mL, 5 mL, 10 mL, dan 20 mL larutan standard Fe 100
ppm dan selanjutnya ditambahkan DDW sampai tanda garis. Setelah dikocok sampai
homogen, masing-masing larutan dalam labu ditentukan absorbansinya pada panjang
gelombang 248,3 nm. Hasil pembacaan dengan AAS adalah sebagai berikut:
Berapakah konsentrasi Fe dalam sampel itu? (gambarkan grafik konsentrasi vs
abosrbansi).
Labu no. Absorbansi
I
II
III
IV
V
0,02
0,04
0,12
0,22
0,42
25. Penyiapan sampel
Bila sampel hasil percobaan berbentuk padat, maka
sampel harus disiapkan agar bisa dianalisis dengan AAS.
Cara yang dapat digunakan untuk menyiapkan
sampel a.l:
Pelarutan asam
Peleburan
Pelarutan bertekanan
Pengabuan kering
Pelarutan dengan oven microwave
26. Pelarutan dengan asam
Jenis asam yang digunakan tergantung pada logam
yang akan dilarutkan.
Logam Jenis asam
Sebagian besar logam HCl, HNO3, air raja (HCl:HNO3=3:1)
Sampel biologi Asam perkhlorat, H2SO4
Ikatan silikat pada
sampel geologi
HCl
Pelarut grade analar sudah cukup baik.
Pelarutan dalam gelas pyrex, tetapi jika asam
fluorida sebagai pelarut, maka harus digunakan
wadah yang berlapis teflon atau platina.
27. Peleburan
Sampel + flux dilebur dalam krus dengan nyala pada suhu
tinggi. Flux untuk menghindari terbentuknya oksida logam.
Leburan diekstrak dengan air atau asam.
Flux : - Na2CO3 untuk sampel dengan kadar S tinggi
- Natrium tetraborat/ lithium metaborat untuk sampel
yang mengandung banyak silikon.
- Natrium bifluorida
- Yang banyak dipakai yaitu Natrium peroxida
Cara ini sering digabung dengan pelarutan dengan asam.
Kelemahan : mungkin terbentuk garam yang dapat
mengganggu pengukuran dengan AAS.
28. Pelarutan bertekanan
Untuk sampel yang mudah menguap.
Sampel ditutup rapat dalam parr bomb bersama dengan
asam, lalu diset pada 150oC pada tekanan tinggi selama 1
malam.
Biasanya untuk Hg dan silikon.
Pengabuan kering
Untuk sampel dengan kadar C tinggi (batubara, resin).
Sampel dipanaskan dalam oven sampai senyawa
organiknya terbakar.
Untuk menghindari hilangnya senyawa volatil sering
ditambah magnesium nitrat.
Residu dilarutkan dalam HCl atau HNO3.
29. Pelarutan dengan oven microwave
Waktu singkat.
Sampel dimasukkan wadah polikarbonat/ teflon ditutup
rapat lalu masukkan di microwave.
Beberapa faktor yang berpengaruh pada besar
kecilnya absorbansi pada pengukuran dg flame
atomization AAS
1. Panjang gelombang sinar
2. Kuat arus lampu
Kepekaan absorbansi berkurang dengan meningkatnya
kuat arus lampu. Kuat arus yang rendah akan
memperpanjang umur lampu, karena itu sebaiknya
pengukuran dilakukan pada kuat arus rendah.
30. 3. Kondisi nyala burner
Suhu nyala burner dapat diatur dengan memilih kombinasi bahan bakar
dengan oksidan yang sesuai dengan suhu atomisasi unsur yang akan
diukur.
4. Laju alir bahan bakar
Untuk beberapa unsur:
kecepatan aliran gas C2H2 > kepekaan pengukuran >, tetapi ada juga
kecepatan aliran gas C2H2 < kepekaan pengukuran >.
5. Ketinggian burner juga mempengaruhi kepekaan pembacaan
absorbansi. Perlu dipilih tinggi burner optimum agar kepekaan pembacaan
absorbansi tinggi.
31. 6. Posisi sudut burner head terhadap arah lintasan sinar
dari lampu
Jika burner head diputar 90o terhadap arah lintasan sinar,
kepekaan berkurang 1/10 atau 1/20 tergantung unsur
yang dianalisis.
Kepekaan pembacaan absorbansi pada analisis dengan
metode flame dapat ditingkatkan dengan STAT (slotted
Tube Atom Trap)
Contoh: Batas deteksi kadar Pb tanpa STAT 0,1 mg/L
dan dengan STAT 7,35 .
L
g /
