Spektrofotometri Serapan Atom

Spektrofotometri Serapan Atom

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), merupakan metode analisis unsur secara kuantitatif yang pengukurannya berdasarkan penyerapan cahaya dengan panjang gelombang tertentu oleh atom logam dalam keadaan bebas (Skoog et. al., 2000).

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 AAS. 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 AAS “.
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.

Pada metode ini larutan sampel diubah menjadi bentuk aerosol didalam bagian pengkabutan (nebulizer) pada alat AAS selanjutnya diubah ke dalam bentuk atom-atomnya berupa garis didalam nyala. Spektrofotometer serapan atom (SSA) sebetulnya adalah metode umum untuk menentukan kadar unsur logam konsentrasi renik. Keadaan bentuk contoh aslinya tidak penting asalkan contoh larut dalam air atau dalam larutan bukan air.
Metode SSA spesifikasinya tinggi yaitu unsure-unsur dapat ditentukan meskipun dalam campuran. Pemisahan, yang penting untuk hampir-hampir semua analisis basah, boleh dikatakan tidak diperlukan, menjadikan SSA sederhana dan menarik. Kenyataan ini, ditambah dengan kemudahan menangani SSA modern, menjadikan analisis rutin dapat dilakukan cepat dan ekonomis oleh tenaga laboratorium yang belum terampil.

3.1.1. Hukum Dasar

Hukum dasar pada SSA ialah “Hukum Lambert-Beer”.

• Hukum Lambert

“ Bila suatu sumber sinar monokromatik melewati medium transparan, maka
intensitas sinar yang diteruskan berkurang dengan bertambahnya ketebalan medium yang mengabsorpsi.”

Hukum ini menyatakan bahwa bila cahaya monokromatik melewati medium tembus cahaya, laju berkurangnya intensitas oleh bertambahnya ketebalan, berbanding lurus dengan intensitas cahaya. Ini setara dengan menyatakan bahwa intensitas cahaya yang dipancarkan berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya ketebalan medium yang menyerap. Atau dengan menyatakan bahwa lapisan manapun dari medium itu yang tebalnya sama akan menyerap cahaya masuk kepadanya dengan fraksi yang sama.

• Hukum Beer

“ Intensitas sinar yang diteruskan berkurang secara eksponensial dengan
bertambahnya konsentrasi spesi yang menyerap sinar tersebut “
Sejauh ini telah dibahas absorbsi cahaya dan transmisi cahaya untuk cahaya monokromatik sebagai fungsi ketebalan lapisan penyerap saja. Tetapi dalam analisis kuantitatif orang terutama berurusan dengan larutan. Beer mengkaji efek konsentrasi penyusun yang berwarna dalam larutan, terhadap transmisi maupun absorbsi cahaya. Dijumpainya hubungan yang sama antara transmisi dan konsentrasi seperti yang ditemukan Lambert antara transmisi dan ketebalan lapisan, yakni intensitas berkas cahaya monokromatik berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya konsentrasi zat penyerap secara linier.

Dari kedua hukum tersebut diperoleh suatu persamaan:
“Hukum Lambert-Beer”

Dimana :

A = Absorbansi

I0= intensitas sinar mula-mula

It= Intensitas sinar yang diteruskan

a = Absortivitas

b = Panjang jalan sinar

c = Konsentrasi atom yang mengabsorpsi sinar

Baik hukum Lambert maupun hukum Beer harus dilakukan pada sinar yang monokromatis. (Day & Underwood, 1989).

3.1.2. Prinsip Dasar

Prinsip kerja SSA adalah Penyerapan sinar dari sumbernya oleh atom-atom yang di bebaskan oleh nyala dengan panjang gelombang tertentu. Secara lebih rinci dapat dijabarkan sebagai berikut :

Sampel analisis berupa liquid dihembuskan ke dalam nyala api burner dengan bantuan gas bakar yang digabungkan bersama oksidan ( bertujuan untuk menaikkan temperatur ) sehingga dihasilkan kabut halus. Atom-atom keadaan dasar yang berbentuk dalam kabut dilewatkan pada sinar dan panjang gelombang yang khas. Sinar sebagian diserap, yang disebut absorbansi dan sinar yang diteruskan emisi. Penyerapan yang terjadi berbanding lurus dengan banyaknya atom keadaan dasar yang berada dalam nyala.
Pada kurva absorpsi, terukur besarnya sinar yang diserap, sedangkan kurva emisi, terukur intensitas sinar yang dipancarkan. Sampel yang akan diselidiki ketika dihembus ke dalam nyala terjadi peristiwa berikut secara berurutan dengan cepat :

1. Pengisatan pelarut yang meninggalkan residu padat.

2. Penguapan zat padat dengan disosiasi menjadi atom-atom penyusunnya, yang mula-mula akan berada dalam keadaan dasar.

3. Atom-atom tereksitasi oleh energi termal (dari) nyala ketingkatan energi lebih tinggi.

3.1.3. Bagian – Bagian SSA

Bagian-bagian penting dari alat SSA adalah sumber radiasi resonansi, sumber atomisasi , monokromator dan detector.

3.1.3.1 Sumber Sinar (Sumber Radiasi Resonansi )

Dalam SSA, sebagai sumber radiasi resonansi digunakan lampu katoda berongga (hollow cathode lamp = HCL) yang mengeluarkan radiasi resonansi dari
unsur yang dianalisis. Hollow Cathode Lamp akan memancarkan energi radiasi yang sesuai dengan energi yang diperlukan untuk transisi elektron atom.

Hollow Cathode Lamp terdiri dari katoda cekung yang silindris yang terbuat dari unsur yang sama dengan yang akan dianalisis dan anoda yang terbuat dari tungsten. Dengan pemberian tegangan pada arus tertentu, logam mulai memijar dan atom-atom logam katodanya akan teruapkan dengan pemercikan. Atom akan tereksitasi kemudian mengemisikan radiasi pada panjang gelombang tertentu (khopkar,1990). Dan secara jelas dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema Lampu katoda Cekung

Saat katode dan anode diberi tegangan, maka arus listrik yang terjadi menyebabkan katoda melepaskan elektron-elektron berenergi dan berkecapatan tinggi. Elektron akan ditarik oleh anoda, elektron-elektron tersebut akan bertumbukan dengan gas inert (misal He terionisasi menjadi He+). He+ akan ditarik oleh katoda berongga dan akan mengalami tumbukan. Atom-atom analit akan mengalami eksitasi, lalu akan melepas energi yang diserap yang berupa emisi radiasi. Radiasi dilewatkan melalui populasi atom yang berada di dalam nyala. Isi gas inert tidak banyak agar terjadi tumbukan ionisasi dan energi yang ke katoda berkurang yang memungkinkan terjadinya eksitasi elektron analit oleh ion positif gas inert.

Berkas sinar yang dipancarkan oleh sumber radiasi resonansi harus dimodulasi oleh modulator untuk menghilangkan gangguan yang datangnya dari nyala yang mengandung atom-atom unsur sampel.

Sumber radiasi lain yang sering dipakai adalah “ Electrodless Discharge Lamp” Lampu ini mempunyai prinsip kerja hampir sama seperti Hollow Cathode Lamp ( Lampu Katoda Cekung), tetapi mempunyai output radiasi lebih tinggi dan biasanya digunakan untuk analisis unsur-unsur As dan Se, karena lampu HCL untuk unsur-unsur ini mempunyai sinyal lemah dan tidak stabil yang bentuknya dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Electrodless Discharge Lamp

3.1.3.2. Sumber Atomisasi

Sumber atomisasi dibagi menjadi dua yaitu sistem nyala dan sistem tanpa nyala. Kebanyakan instrument sumber atomisasinya adalah nyala dan sampel di introduksikan dalam bentuk larutan. Sampel masuk ke nyala dalam bentuk aerosol. Aerosol biasa dihasilkan oleh nebulizer (pengabut) yang dihubungkan ke nyala oleh ruang penyemprot( chamber spray). Jenis nyala yang digunakan secara luas untuk pengukuran analitik adalah udara-asetilen dan nitrous oksida-asetilen. Dengan kedua jenis nyala ini, kondisi analisis yang sesuai untuk kebanyakan analit dapat ditentukan dengan menggunakan metode-metode emisi, absorbasi dan juga flourosensi.

Dalam SSA ada beberapa metode atomisasi yang digunakan :

1.   1. Atomisasi dengan nyala (Flame SSA)

Teknik ini menggunakan nyala sebagai sel tempat cuplikan. Cuplikan dalam bentuk larutan disemprotkan ke dalam nyala pembakar bercampur dengan gas bahan bakar dan gas pengoksidasi. Dalam nyala cuplikan mengalami beberapa proses yaitu penguapan pelarut meninggalkan butiran-butiran padatan yang kemudian langsung terurai menjadi atom-atomnya atau berubah terlebih dahulu menjadi uap dan kemudian terurai, dan atom-atom energi cahaya dari sumber cahaya dan tereksitasi ke tingkat energi lebih tinggi.

Pada SSA nyala keberhasilan proses pengatoman bergantung pada suhu nyala yang digunakan :

1.      Nyala udara-asetilen (air-asetylena flame). Menghasilkan suhu maksimum 2300⁰C

2.      Nyala N₂O-asetilen (N₂O-asetylena flame). Menghasilkan suhu maksimum 3000⁰C ,digunakan untuk senyawa refraktori yaitu senyawa yang sukar diuraikan.

3.      Nyala udara-propana menghasilkan suhu maksimum 1800⁰C.

Selain menggunakan campuran-campuran gas tersebut, ada juga jenis nyala yang disebut nyala udara terbawa (entrained air flames). Jenis nyala ini hanya digunakan untuk keperluan khusus seperti pada teknik generasi. Penguapan (vapor generation). Gas bahan bakar yang digunakan adalah gas hydrogen yang diencerkan oleh gas inert seperti nitrogen atau argon.

1.   2. Generasi Hidrida (Hydride Generation Methode)

Beberapa logam dapat membentuk hidrida yang mudah menguap. Dengan cara pembentukan hidrida proses penguapan dapat dilakukan pada suhu rendah atau suhu kamar. Teknik SSA generasi hidrida dapat diterapkan untuk beberapa macam logam yaitu : As, Sb, Se, Sn, Te, Bi. Hidrida dibentuk dengan cara mereaksikan cuplikan dengan natrium borohidrida (NaBH₄) atau dilakukan dengan memberikan reduktor dari KI dan SnCl_2, ditambah Zn dan asam kuat. Kemudian hidrida logam yang terbentuk dialirkan ke sel gas panas menggunakan aliran argon/nitrogen dan dialirkan ke dalam sel gas di atas nyala Ar-H_2­ atau udara-asitilena.Selanjutnya akan teratomisasi menjadi atom-atom bebas.

Untuk unsur Arsen (As), biasanya terdapat dalam tingkat oksidasi +3 dan +5. Kepekaan As³⁺ lebih tinggi daripada As⁵⁺ jika menggunakan metode hidrida. Oleh karena itu sebelum analisis, As⁵⁺ harus direduksi terlebih dahulu menjadi As³⁺ menggunakan reduktor seperti KI, SnCl₂ atau NaBH₄. Berikut ini reaksi penentuan Arsen dengan metode Spektrofotometri Serapan Atom :

As⁵⁺ +  BH₄^- As³⁺

As³⁺ +  BH₄^- AsH₃ As

1.   3. SSA Tungku Grafit (Graphite Furnace)

SSA nyala memberikan kemudahan dalam pengoprasian alat dengan ketelitian dan kepekaan yang cukup tinggi tetapi mempunyai kelemahan dalam penggunaan nyala yaitu efesiensi pengatoman rendah, penggunaan gas mempertinggi biaya oprasional, kemungkinan bahaya ledakan dan memerlukan cuplikan dalam jumlah cukup banyak. Untuk mengatasi hal-hal tersebut, dikembangkan teknik tanpa nyala menggunakan tungku grafit sebagai pengganti nyala yang mempunyai efesiensi atomisasi 90% dibanding nyala efesiensi atomisasi 10%.

Tungku grafit yang digunakan berupa tabung silinder tersebut dari grafit terkompresi dengan atau tanpa pelapisan grafit pirolitik. Tungku dipanaskan dengan listrik yang dapat diatur suhunya sesuai kebutuhan. Tungku ini dihubungkan dengan platform L’vov untuk memasukkan gas inert ke dalam tabung yang berguna untuk mencegah oksidasi tabung grafit selama proses pemanasan.

Tahapan proses yang terjadi dalam tungku adalah penguapan pelarut (100⁰C-200⁰C), pengabuan bahan organic (600⁰C-1000⁰C), setelah langkah ini gas inert dialirkan dan kemudian logam diuapkan (1500⁰C-3000⁰C) dan absorbansinya diukur. Suatu modifier dapat ditambahkan untuk mencegah hilangnya analit.

4.  Atomisasi dengan Metode Penguapan (Vapour Generation methode)

Metode atomisasi ini memberikan sensitivitas yang lebih tinggi dari pada metode atomisasi di atas, metode meliputi           :

·      o Metode Penguapan Merkuri ( Mercuri Generation Methode )

Khusus untuk atomisasi merkuri (Hg), atom – atom Hg  yang ada di dalam sampel sebagai ion positif, direduksi menjadi netral dan akan menguap sebagai atom-atom bebas pada suhu normal. Sebagai reduktor dapat digunakan SnCl₂ 20% atau NaHB₄ dalam HCl 10%. Reaksi penentuan Hg dengan metode ini adalah:

Hg⁺ + BH₄^- HgH                Hg⁰

Kemudian uap (gas) atom – atom Hg bersama – sama gas inert (N₂ atau Ar) dialirkan melalui sel gas.

·      Ada 4 metode dalam menguapkan Hg yaitu :

1.   Reduksi – Aerasi    : Hg dalam larutan air direduksi dan kemudian dikeluarkan dari larutan dengan cara mengalirkan gelembung gas.

1.            Pemanasan                                    :   Cuplikan dipirolisis atau dibakar.

2.            Amalgamasi Elektrolitik   : Hg dilapiskan pada katode Cu selama elektrolisis. Katoda kemudian dipanaskan untuk membebaskan Hg.

3.            Amalgasi Langsung          : Hg dikumpulkan pada kawat Ag atau Cu    yang kemudian dibebaskan dengan pemanasan. Metode ini dapat digabung dengan 1 dan 2 sebagai metode konsentrasi.

3.1.3.3. Sistem Pengabut

Sistem Pengabut terdiri dari 3 komponen yaitu : pengabut (nebulizer), ruang semprot (spray chamber), dan pembakar (burner).

1. Pengabut (nebulizer)

Sistem berfungsi mengubah larutan menjadi butir-butir kabur. Pengabut yang digunakan adalah tipe pneumatic dimana gas dialirkan melalui lubang mulut (orifice) dan menyebabkan udara menjadi vakum dan menarik larutan melalui kapiler.

2. Ruang Semprot (spray chamber)

Ruang semprot berfungsi untuk memisahkan partikel-partikel besar dan kecil. Partikel kecil ini kemudian dikirim ke pembakar. Jika partikel besar yang masuk ke pembakar maka temperatur nyala akan berkurang, karena partikel besar tidak dapat diuapkan dengan cepat. Untuk mendapat kepekaan optimal, ukuran partikel yang masuk kepembakar harus < 10µm.

3. 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 pematik 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.

4. Sistem Monokromator dan Detektor

Sistem monokromator berfungsi untuk memilih-milih atau memisahkan fraksi radiasi yang diteruskan dari radiasi lainnya setelah radiasi resonansi dari lampu katoda berongga. Intensitas radiasi yang diteruskan kemudian diubah menjadi energi listrik oleh “photo multiplier” atau PMT dan selanjutnya diukur oleh detektor dan dicatat oleh alat pencatat berupa rekorder, printer.

Gambar 4. Skema Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)

Bagian-bagian alat yang terpisah dengan main unit SSA diantarnya:

1.   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.

1.   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

1.   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.

1.   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.

3.1.4 Teknik-teknik analisis

Dalam analisis secara spektrofotometri teknik yang biasa dipergunakan antara lain

1.Metode Standar Tunggal

Metode ini sangat praktis karena hanya menggunakan satu larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya (Cstd). Selanjutnya absorbsi larutan standar (Asta) dan absorbsi larutan sampel (Asmp) diukur dengan spektrometri. Dari hukum Beer diperoleh:

Astd=ɛ. B. Cstd Asmp=ɛ. B.Csmp

ɛ.B = Astd/Cstd ɛ.B = Asmp/Csmp

sehingga :

Astd/Cstd = Csmp/Asmp ->  Csmp = (Asmp/Astd) x Cstd

Dengan mengukur absorbansi larutan sampel dan standar, konsentrasi larutan sampeldapat dihitung.

1. Metode kurva kalibrasi

Dalam metoda kurva kalibrasi ini, dibuat seri larutan standar dengan berbagai konsentrasi dan absorbansi dari larutan tersebut di ukur dengan masih SSA. Selanjutnyamembuat grafik antara konsentrasi (C) dengan absorbansi (A) yang akan merupakan garis lurus melewati titik nol dengan slope= ɛ. B atau slope =a.b, konsentrasi larutan sampel diukur dan di intropolasi ke dalam kurva kalibrasi atau dimasukan ke dalam persamaan regresi linear pada kurva kalibrasi seperti yang ditunjukan pada gambar

2. Metode adisi standar

Metode ini dipakai secara luas karena mampu meminimalkan kesalahan yang disebabkan oleh perbedaan kondisi lingkungan (matriks) sampel dan standar. Dalam metode ini dua atau lebih sejumlah volume tertentu dari sampel dipindahkan ke dalam labu takar. Satu larutan diencerkan sampai volume tertentu kemudiaan larutan yang lain sebelum diukur absorbansinya ditambah terlebih dahulu dengan sejumlah larutan standar tertentu dan diencerkan seperti pada larutan yang pertama. Menurut hukum Beer akan berlaku hal-hal berikut:

Ax = k.Ck                         AT = k(Cs+Cx)

Dimana:

Cx         = konsentrasi zat sampel

Cs         = konsentrasi zat standar yang ditambahkan ke larutan sampel

Ax          = absorbansi zat sampel (tanpa penambahan zat standar)

AT         = absorbansi zat sampel + zat standar

Jika kedua rumus digabung maka akan diperoleh Cx = Cs + {Ax/(AT-Ax)}

Konsentrasi zat dalam sampel (Cx) dapat dihitung dengan mengukur Ax dan AT dengan spektrometri. Jika dibuat suatu seri penambahan zat standar dapat pula dibuat grafik antara AT lawan Cs garis lurus yang diperoleh dari ekstrapolasi ke AT = 0, sehingga diperoleh:

Cx = Cs x {Ax/(0-Ax)} ; Cx = Cs x (Ax/-Ax)

Cx = Cs x (-1) atau Cx = -Cs

Salah satu penggunaan dari alat spektrofotometri serapan atom adalah untuk metode pengambilan sampel dan analisis kandungan logam Pb di udara. Secara umum pertikulat yang terdapat diudara adalah sebuah sistem fase multi kompleks padatan dan partikel-partikel cair dengan tekanan uap rendah dengan ukuran partikel antara 0,01 – 100 μm.

3.1.5.   Gangguan – gangguan (Interference)

Gangguan-gangguan diklasifikasi sebagai suatu proses yang menyebabkan kesalahan pengukuran. Terdapat dua macam gangguan yaitu :

1.   a. Gangguan Spektrum (Spectral Interference)

Gangguan sinar emisi. Di dalam bagian atomizer selain terbentuk atom yang stabil terjadi juga atom yang tereksitasi dan dapat menghasilkan sinar emisi dengan panjang gelombang yang sama dengan sinar katoda, sehingga tidak dapat dipisahkan oleh monokromator. Hal ini dapat menambah sinar yang ditransmisikan dan akan memperkecil kadar. Gangguan ini dapat diatasi dengan modulator. Ada 2 sistem modulasi yaitu : Chopper (mechanicaly modulation) dan Voltage (electric modulation).

Meskipun gangguan ini sangat sederhana, tetapi gangguan ini dapat mengakibatkan tumpangsuh panjang gelombang  (Line Overlap), misalnya seperti terlihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 1. Gangguan Spektrum terhadap Panjang Gelombang.

Unsur	Panjang Gelombang	Unsur Pengganggu	Panjang Gelombang
Al	308,33	V	308,21
Cu	324,75	Eu	324,76
Fe	271,90	Pt	271,9
Ga	403,30	Mn	403,31
Hg	253,65	Co	253,65
Mn	403,31	Ga	403,30
Sr	250,69	V	250,69

Bentuk lain dari gangguan spektrum :

1.      Berkas sinar yang dipancarkan oleh lampu katode berongga tidak diserap atau absorban menjadi lebih kecil dari yang seharusnya.

2.      Berkas sinar katode menyimpang.

3.      Terjadinya penyerapan bukan atom, misalnya penyerapan molekul.

1.   b. Gangguan Kimiawi (Chemical Interference) terdiri dari :

1.   1. Pengaruh matrik (Matriks Effect)

Gangguan-gangguan kimiawi dapat mempengaruhi jumlah atom bebas yang mencapai sinar (optical path) untuk diserap. Fakto-faktor seperti adanya cuplikan yang mengendap akan mempengaruhi proses masuknya cuplikan kedalam nebulizer, dan juga sifat fisik larutan seperti kekentalan, tegangan permukaan,  pH, tekanan uap pelarut dan berat jenis.

1.   2. Pembentukan senyawa yang stabil

Pembentukan senyawa yang stabil mengakibatkan banyak gangguan dalam SSA. Hal tersebut terjadi karena unsur membentuk senyawa yang stabil dengan unsur-unsur yang terdapat di dalam matriksnya, misalnya : posfat, aluminat, silikat, atau dengan unsur lain yang terdaoat dalam nyala seperti : Alumunium, Vanadium, Boron yng membentuk oksida-oksida refaraktori yang tidak pecah pada nyala udara N₂O-asetilen. Oksida-oksida refraktori ini akan pecah jika menggunakan nyala N₂O-asetilen, dengan menambahkan Lanthanum atau Stronsium yang dapat mencegah terbentuknya senyawa refraktori, dimana Lanthanum tersebut bertindak sebagai Releasing Agent.

1.   3. Terjadinya ionisasi

Nyala udara-asetilen atau  N₂O-asetilen dapat menyebabkan analit terionisasi, untuk mencegah hal ini dapat ditambahkan unsur-unsur yang mudah terionisasi seperti K, Na, dan Ce sekitar 4000 ppm yang akan menghasilkan elektron berlebih pada nyala, sehingga mencegah terjadinya ionisasi analit.

1.   4. Pengaruh adanya anion

2.   5. Terjadinya penyerapan bukan atom (non- atomic absorption).

3.1.5. Pengaturan alat

1.   a. Pemilihan Panjang Gelombang

Sebagian unsur dapat dianalisi pada lebih dari satu panjang gelombang. Oleh karena itu, pada saat analisis harus dipilih panjang gelombang dengan absorban yang maksimum.

Pemilihan panjang gelombang didasarkan pada unsur yang akan di analisis dalam sampel, misalnya pada penentuan kadar Kalium yang panjang gelombangnya ada tiga jenis, maka pemilihan panjang gelombang tersebut didasarkan pada perkiraan kadar Kalium yang terdapat dalam sampel. Table di bawah menunjukan panjang gelombang yang dapat digunakan dalam penetuan Kalium.

Tabel Daerah Optimal Kerja Unsur Kalium

Panjang Gelombang (nm)	Daerah Optimal Kerja (µg/mL)
766.5	0.4 – 1.5
769.5	1.1 – 4.4
404.4	145 – 580

b.   Pengaturan Arus Lampu

Pada umumnya, spesifikasi tiap lampu dicantumkan dalam sertifikat.

c.   Pengaturan Slite

Pengaturan slite berdasarkan analisis yang dicantumkan dalam sertifikat. Pada sebagian alat yang menggunakan program computer, biasanya pengaturan alat telah ditentukan.

d.   Pengaturan Pengabut (Nebulizer) dan Pembakar (Burner)

Tujuan dari pengaturan kembali pembakar yaitu untuk menempatkan posisi optimal nyala dalam sumber sinar.

3.1.6    Keunggulan dan Kekurangan SSA :

A. Keunggulan            :

1.   Selektivitas dan kepekaan tinggi, karena dapat menentukan unsur dengan kadar ppm hingga ppb.

2.   Cepat dan pengerjaannya relatif sederhana.

3.   Tidak diperlukan pemisahan unsur logam.

B. Kekurangan            :

1.   Analisis tidak simultan.

2.   Larutan cuplikan harus berbentuk larutan siap ukur dan cukup encer.

3.   Keterbatasan jenis lampu katoda karena harganya yang sangat mahal.

2.   

ANALISIS INSTRUMENTAL DENGAN  SPEKTROFOTOMETRI UV/VIS

ANALISIS KLASIK - ANALISIS MODERN
Analisis Instrumen berkembang pesat karena :
• Adanya tuntutan dan kebutuhan analisis terhadap matriks sampel yang sulit, jumlahnya sedikit, waktu analisis yang singkat, tidak diperlukan macam-macam pereaksi.

• Kesahihan analisis instrumental didukung oleh kecermatan, ketelitian, keterulangan, sensitivitas, kelurusan dan kestabilan dari suatu metode analisis yang dipakai.
• Sahih : memberikan hasil dengan kecermatan dan ketelitian yang memadai.
• Cermat (presisi): kedekatan hasil yang diperoleh dengan nilai sebenarnya, dinyatakan dengan % perolehan kembali (recovery).
• Ketelitian (akurasi):simpangan baku dari beberapa kali penentuan kuantitatif thd sampel yang dianalisis dengan metode yang sama.
• Keterulangan : pengulangan thd sampel yang sama dan metode yang sama dengan hasil analisis memenuhi persyaratan statistik.
• Sensitivitas : batas kadar terkecil yang dapat ditentukan, LOD (low of detection).
• Kestabilan : mempunyai ketahanan thd pengujian dg merk instrumen berbeda, waktu dan tempat berbeda.
Akurasi dan Presisi

Presisi ,Akurasi Presisi, tidak Akurasi

Tidak Presisi, Akurasi Tidak Presisi, tidak Akurasi

Kekurangan :
• Harga alat relatif mahal
• Perawatan rumit
• Pengoperasian sulit (perlu tenaga ahli)
• Kondisi ruangan : suhu, kelembaban
• Memerlukan alat-alat pendukung
• Harga analisa mahal

TEKNIK SPEKTROSKOPI
• Salah satu teknik analisis fisiko-kimia yang mengamati interaksi atom/molekul dengan radiasi elektromagnetik (REM) (interaksi sinar dengan materi)

• Warna-warna yang nampak adalah akibat serapan energi oleh senyawa organik maupun anorganik. Energi cahaya pada panjang gelombang tertentu yang diserap oleh suatu senyawa tergantung pada struktur senyawa tersebut. Oleh karena itu, teknik-teknik spektroskopi dapat digunakan untuk menentukan struktur senyawa yang tidak diketahui (Analisis Kualitatif)
REM
• Radiasi Elektromagnetik adalah energi yang dipancarkan menembus ruang dalam bentuk gelombang-gelombang. Setiap jenis radiasi elektromagnetik (gelombang radio, ultraviolet, inframerah, tampak, dll) dicirikan oleh panjang gelombang (wavelength, λ) dan frekuensinya (v).

• Radiasi elektromagnetik dipancarkan dalam bentuk paket-paket energi yang disebut foton atau kuantum. Energi suatu foton berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya.
• Radiasi dengan λ lebih pendek mempunyai E yang lebih tinggi. Oleh karena itu, sebuah foton cahaya UV berenergi lebih tinggi dari pada foton cahaya tampak dan jauh lebih tinggi dari pada sebuah foton gelombang radio. Sebaliknya, energi sebuah foton berbanding lurus dengan frekuensinya. Hubungan tersebut dirumuskan dalam persamaan :
Prinsip pengukuran
• Jika radiasi elektromegnetik dilewatkan pada suatu media yang homogen, maka sebagian radiasi itu ada yang dipantulkan, diabsorpsi dan ada yang ditransmisikan.

• Radiasi yang dipantulkan dapat diabaikan, sedangkan radiasi yang dilewatkan sebagian diabsorpsi dan sebagian lagi ditransmisikan.
• Akibat interaksi tsb akan menyebabkan : hamburan (scattering), absorpsi (absorption), dan emisi (emision) REM oleh atom/molekul yang diamati.
1. Hamburan : Spektrofotometri Raman
2. Absorpsi : Spektrofotometri uv-vis dan IR
3. Absorpsi yang disertai emisi : fosforesensi dan fluoresensi
• Masing-masing memberikan kegunaan dan keunggulan yang berbeda-beda dalam bidang analisis instrumental

Perumusan
• Io = Ia + It + Ir
• Io = Ia + It (Ir diabaikan krn ada blanko)
• Angka banding It/Io adalah bagian dari cahaya masuk yang diteruskan oleh medium setebal l dan disebut Transmitan.
• Kebalikannya (Io/It) adalah opasitas (keburaman), maka Absorbans, A, adalah :
A = log Io/It
• Hukum Lambert-Beer : mengkaji efek konsentrasi penyusun larutan yang berwarna terhadap transmisi dan absorpsi cahaya.
“Intensitas cahaya monokromatik berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya konsentrasi zat penyerap secara linier”
A = a. b. C
a = Absorpsivitas (besarnya serapan)
b = tebal medium
C = konsentrasi larutan

SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS
• Pengukuran serapan cahaya oleh suatu senyawa di daerah :
- ultraviolet (200 – 350 nm)
- sinar tampak (350 – 780 nm)

• Penyerapan cahaya uv atau tampak akan menyebabkan terjadinya transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar (energi rendah) ke orbital keadaan tereksitasi (energi lebih tinggi).

Transisi Elektronik
E = hv = hc/ l
Molekul yang memerlukan E> akan menyerap pada l pendek.
Absorpsi pd 100 nm(uv) 750 nm(tampak)


Jenis Transisi Elektron
Keadaan dasar suatu molekul mengandung elektron-elektron valensi dalam tiga jenis utama orbital molekul, yaitu:
1. Orbital sigma(σ)
2. Orbital phi (π)
3. Orbital non bonding (n)
CH3
π .. C O: n
σ
CH3 formaldehide



σ* Anti bonding

π * Anti bonding



n
Nonbonding
E π Bonding

σ Bonding

Diagram tingkat energi elektronik
• Eksitasi elektron (σ – σ*)
E> , uv jauh l 100 – 200 nm, terjadi pada ikatan tunggal (alkana).
• Eksitasi elektron (π – π*)
uv jauh l 100 – 200 nm, terjadi pada C=C dan C≡C(alkena dan alkuna),
• Eksitasi elektron (n – σ*)
uv dekat dan sinar tampak (l 200 – 380 nm) terjadi pada gugus karbonil (dimetil keton dan asetaldehide)

Absorpsi pada sinar tampak
• Terjadi bila terdapat sejumlah gugus kromofor yang terkonjugasi (-C=C-C=C-). Pada sistem tersebut elektronnya mempunyai mobilitas yang tinggi. Oleh karena itu energi yang dibutuhkan untuk mengeksitasi elektronnya tidak terlampau tinggi. Semakin panjang rantai terkonjugasinya semakin rendah eksitasinya. Dan jika radiasi yang diabsorpsi setara dengan energi radiasi sinar tampak maka senyawa yang mengabsorpsi tersebut tampak berwarna.

Serapan sinar dan zat warna
Materi (sinar yang diserap: mrp warna komplemen)


REM

Mata (sinar yang diteruskan)

Warna komplementer
l nm Warna (diteruskan) Warna komplementer
400 – 435 Ungu Hijau kekuningan
435 – 480 Biru Kuning
480 – 490 Biru-kehijauan Jingga
490 – 500 Hijau kebiruan Merah
500 – 560 Hijau Ungu kemerahan
560 – 580 Hijau kekuningan Ungu
580 – 595 Kuning Biru
595 – 610 Jingga Biru kehijauan
610 – 750 Merah Hijau kebiruan

SUMBER RADIASI
Fungsi :
1. Memberikan energi radiasi pada l yang tepat untuk pengukuran
2. Mempertahankan intensitas sinar yang tetap selama pengukuran

Sumber radiasi :
• VISIBEL : Wolfram/Tungstein
l 350 – 780 nm
• UV : Deuterium
l 180 – 350 nm
MONOKROMATOR
• Fungsi : untuk memperoleh radiasi monokromatis dari sumber radiasi polikromatis.
• Monokromator terdiri dari susunan : celah masuk – filter – kisi (grating difraksi) atau prisma – celah keluar.
Susunan monokromator
1. Celah masuk (slit)
• Celah monokromator adalah bagian dari suatu sistem optik monokromator pada spektrofotometer uv-vis.
Fungsi : mempersempit radiasi masuk dari sumber radiasi ke zat
• Pengaturan celah (slit) berpengaruh terhadap terbentuknya radiasi monokromatis dan resolusi panjang gelombang
2. Filter : mengubah sinar menjadi sinar sejajar
3. Kisi difraksi atau prisma
Kisi difraksi : pemantulan sinar (menghasilkan dispersi yang sama untuk semua l). Prisma : pembiasan (terpecahnya radiasi menjadi beberapa radiasi dg l tertentu)
4. Celah keluar: mengisolasi sinar, menghalangi sinar lain dna membiarkan sinar yang diinginkan melewati zat.

Pemilihan l
 l maks: panjang gelombang dimana terjadi eksitasi elektronik yang memberikan absorbansi maksimum.v
• Pada l maks : kepekaan maksimum, signal kuat pada larutan dengan konsentrasi tertentu.
• Perbedaan absorban sangat minimal dengan berubahnya panjang gelombang disekitar panjang gelombang absorban maksimum sehingga kesalahan pengukuran sangat kecil.

KUVET
• Sampel pada pengukuran ini umumnya berbentuk larutan
• Bahan kuvet harus transparan :
 Kaca : VIS (380 – 1100 nm)Ø
 silika : UV-VIS (190 – 1100 nm)Ø
• Posisi kuvet harus tegak lurus terhadap sinar datang
• Kuvet untuk blanko dan kuvet untuk sampel harus matched

DETEKTOR
• Fungsi : mengukur radiasi yang ditransmisikan oleh sampel dan mengukur intensitas radiasi tersebut.
• Syarat :
1. Mempunyai kepekaan yang tinggi terhadap radiasi yang diterima.
2. Mempunyai kemampuan memberikan respons terhadap radiasi pada daerah panjang gelombang yang lebar (uv-vis).
3. Memberikan respons terhadap radiasi dalam waktu yang serempak.
4. Signal elektronik yang diteruskan oleh detektor harus dapat diamplifikasi oleh penguat (amplifier) ke recorder (pencatat).

REKORDER
• Signal listrik yang keluar dari detektor diterima pada sirkuit potensiometer yang dapat langsung mengukur transmitans atau absorban. Rekorder dapat menggambarkan secara otomatis kurva absorpsi pada kertas rekorder.

APLIKASI SPEKTROFOTOMETER UV-VIS
• Analisis Kualitatif : dipakai untuk data sekunder atau data pendukung.
1. Pemeriksaan kemurnian : dibandingkan dengan standar.
2. Identifikasi : pengukuran l maks dan absorpsivitas molar.
3. Elusidasi struktur : informasi adanya gugus kromofor dan gugus fungsi melalui profil spektrum

• Analisis Kuantitatif
1. Senyawa Tunggal : Dengan membandingkan absorban senyawa yang dianalisis dengan reference standard pada panjang gelombang maksimum.
2. Senyawa multikomponen : mengukur absorban campuran pada panjang gelombang maksimum masing-masing
A l1 = a1(l1). C1 + a2(l1). C2
A l2= a1(l2). C1 + a2(l2). C2

Penentuan kafein dalam Teh
• Preparasi Sampel
1. Timbang teliti 0.5 – 1.5 g sampel teh yang telah dihaluskan, tambahkan 5 g MgO masukkan ke dalam beaker glass, tambahkan 100 ml aquadest
2. Didihkan larutan selama 30 menit, kemudian dinginkan.
3. Larutan disaring 2x dengan kertas saring biasa dan dengan saringan membran 0.5 µm
4. Masukkan larutan ke dalam labu ukur 250 ml, tepatkan dengan aquadest sampai tanda batas.
5. Lakukan pengenceran sebanyak 10 kali dari larutan 4.
• Pereaksi
a. Larutan induk kafein (50 ppm)
Pipet 10 ml larutan induk kafein 500 ppm ke dalam labu ukur 100 ml , encerkan dengan aquadest sampai tanda batas.
b. Larutan baku kafein
Buat kurva kalibrasi dari larutan A dengan dengan cara memipet larutan A masing-masing 4 ml; 6ml; 8ml; 10ml dan 12 ml, larutan ini mengandung kafein 4; 6 ; 8 ; 10;12 ppm.
c. Ukur larutan baku dan sampel pada l 273 nm.
d. Hitung kadar kafein dalam sampel.

Posting By Bertha Julisti di 23:25

KONSEP DASAR SPEKTROFOTOMETRI

Selasa, 11 Januari 2011

1.1 Spektrofotometri
Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang, metode ini sering disebut spektrofotometri. Teknik analisis spektrometri merupakan cara analisis yang paling penting dan paling khas penggunaannya. Semua teknik spektrometri berdasarkan atas emisi atau adsorbsi radiasi elektromagnetik yang merupakan sifat khas dari perubahan energi dalam suatu molekul atau atom tertentu. Perubahan energi ini berupa tingkatan energi terkuantisasi yang mencirikan jenis-jenis atom atau molekul, karena setiap atom atau molekul memiliki perbedaan satu dengan yang lainnya.
Spektrofotometri dapat dianggap sebagai perluasan suatu pemeriksaan visual dengan studi yang lebih mendalam dari absorbsi radiasi. Absobrsi radiasi oleh suatu sampel diukur pada berbagai panjang gelombang dan dialirkan ke suatu perekam yuntuk menghasilkan spektrum yang khas untuk komponen yang berbeda.
Analisis kimia dengan metode spektrofotometri didasarkan pada interaksi sinar (radiasi elektromagnetik) dengan materi. Interaksi meliputi proses adsobrsi, emisi, refleksi, dan transmisi oleh atom-atom atau molekul dalam suatu materi. Spektrofotometri merupakan suatu teknik analisis kimia untuk analisis kualitatif dan kuantitatif.


1.2 Radiasi Elektromagnetik
Suatu berkas radiasi merupakan gelombang elektromagnetik atau foton yang bergerak dengan kecepatan cahaya. Foton mempunyai sifat partikel dengan energi tertentu dan pada saat yang sama juga mempunyai sifat gelombang.
Gelombang pada dasarnya hanyalah suatu cara perpindahan energi satu tempat ke tempat lainnya, energi pada sinar berjalan melalui pergerakan lokal yang relarif kecil pada lingkungan sekitarnya. Pada gelombang terdapat puncak dan lembah, Jarak antara dua puncak dari gelombang dinamakan panjang gelombang. Jika banyaknya puncak dihitung setiap detiknya maka akan didapat frekuensi, frekuensi diukur dengan satuan putaran per detik disebut hertz. Misalnya sinar jingga mempunyai frekuensi 5 x 1014 Hz maka artinya sinar tersebut terdapat 5 x 10 14 puncak gelombang yang lewat tiap detiknya.
Terdapat hubungan yang sederhana antara panjang gelombang dan frekuensi dengan kecepatan sinar dari suatu warna.
c = λ . v
c : kecepatan sinar (3 x 108 m/detik)
λ : panjang gelombang
v : frekuensi
Kita dapat mengolahnya untuk mendapatkan panjang gelombang jika diketahui frekuensinya dan sebaliknya. Jika frekuensi dinaikkan maka panjang gelombang akan berkurang dan juka panjang gelombang lebih panjang maka frekuensinya juga lebih rendah. Jadi dapat disimpulkan, semakin pendek anjang gelombang maka frekuensinya lebih tinggi.

Selain dari pada itu frekuensi sinar mempunyai hubungan yang khas pula dengan energi, berikut persamaan sederhanaya :
E = h. v
E : Energi
H : ketetapan plank ( 6,626 x 10-27 erg/detik)
V : frekuensi
Dari persamaan diatas dapat dilihat jika frekuensi tinggi, maka energi sinar akan lebih tinggi.
1.3 Cahaya dan Sifat-sifatnya
Cahaya atau sinar adalah suatu bentuk energi dan merupakan radiasi elektromagnetik. Cahaya memiliki panjang gelombang, frekuensi , dan kecepatan. Pada tabel dibawah merupakan warna cahaya berdasarkan panjang gelombang.
No. Panjang gelombang (nm) warna Warna komplementer
1 <380 Ultra violet 2 380 – 435 Violet Hijau kekuningan 3 435 – 480 Biru Kuning 4 480 – 490 Biru kehijauan Jingga 5 490 – 500 Hijau kebiruan Merah 6 500 – 560 Hijau Ungu kemerahan 7 560 – 580 Hijau kekuningan Violet 8 580 – 595 Kuning Biru 9 595 – 650 Jingga Biru kehijauan 10 650 - 780 Merah Hijau kebiruan 11 >780 Inframerah dekat

Jangan membayangkan ada bataas yang jelas antara semua warna tersebut, pada kenyataannya warna saling bercampur satu sama lain, lebih rumit dari tabel diatas. Pada spektrum yang lebih lengkap, akan ditunjukkan ultra unggu dan infra merah, tetapi dapat diperbesar lagi hingga sinar-X dan gelombang radio (diatas infra merah), diantara sinar yang lain. Penjelasan tentang sinar dijelaskan sebagai berikut :
1.3.1 Sinar-X (x-ray)
Sinar-X panjang gelombangnya terdapat dibawah ultra violet, sinar ini cukup untuk mempengaruhi elektron dalam. Sinar-X memiliki panjang gelombang yang pendek, tetapi berenergi tinggi.
1.3.2 Sinar Ultra Ungu (ultra ungu)
Sinar UV trdapat pada panjang gelombang < 380 nm diatas sinar-X , sinar UV cukup untuk mempengaruhi elektron valensi. Sinar UV diproduksi oleh lampu khusus yang mengandung uap merkuri atau gas deuterium. Sinar UV berenergi tinggi, suatu senyawa bisa menyerap sinar UV apabila dalam senyawa tersebut terdapat gugus fungsi yang disebut senyawa kromofor. Kromofor memiliki ikatan tak jenuh atau mengandung gugus fungsi dengan ikatan rangkap. 1.3.3 Sinar Tampak (visible) Sinar tampak dapat dilihat oleh mata secara langsung, karena terdapat pada panjang gelombang 380-780 nm, yang cukup mempengaruhi elektron valesi. Sinar tampak diproduksi oleh lampu biasa ( mis. Wolfram), sinar ini terdiri dari beberapa cahaya yang disebut cahaya polikromatis. 1.3.4 Sinar Infra Merah (infra red) Sinar infra merah terdapa pada panjang gelombang > 780, energi radiasi IR cukup untuk mempengaruhi vibrasi dan rotasi molekul. Sinar IR dihasilkan dari benda panas semacam kawat logam dalam bola lampu, sinar IR tidak terlihat oleh amta tetapi dapat dirasakan hangat pada kulit kita.
1.4 Interaksi Cahya dengan Materi
Analisis kimia dengan metode spektrofotometri didasarkan pada interaksi sinar (radiasi elektromagnetik) dengan materi. Interaksi meliputi proses adsobrsi, emisi, refleksi, dan transmisi oleh atom-atom atau molekul dalam suatu materi. Selain dari itu ada yang disebut hamburan cahaya dan rotasi cahaya yang terpolarisasi.
1.4.1 Absorpsi Cahaya
Zat kimia dapat mengadsorpsi cahaya melalui berbagai cara, bila zat mikia mengadsorpsi cahaya, maka energi cahaya diubah menjadi bentuk energi lain.
1.4.2 Emisi Cahaya
Jika elektron pada keadaan tereksitasi kembali ke tingkat energi yang lebih rendah, maka energi akan diemisiskan dalam bentuk cahaya. Cahaya yang diemisikan memiliki panjang gelombang tertentu sesuai dengan perbedaan tingkat energi yang terlibat dalam proses emisi, Karena memiliki panjang gelombang tertentu maka cahaya yang diemisikan akan memiliki warna tertentu.
1.4.3 Hamburan Cahaya
Partikel-partikel besar dalam suatu campuran dapat menghamburkan cahaya ke segala arah, oleh karena itu intensitas cahaya asal akan berkurang. Pengukuran hamburan cahaya dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi suatu suspensi padatan sesuai ukuran partikelnya.
1.4.4 Refleksi Cahaya
Refleksi cahaya atau pemantulan cahaya adalah perubahan arah rambat cahaya ke arah sisi (medium) asalnya, setelah menumbuk antar ,muka dua medium.
1.3.5 Rotasi Cahaya Yang Terpolarisasi
Bila seberkas sinar melalui filter terpolarisasi khusus maka cahaya yang masuk dengan memiliki komponen listrik akan berosilasi pada satu arah yang dinamakan bidang terpolarisasi. Komponen listrik dari cahaya normal dapat berosilasi ke segala arah sudut tertentu terhadap arah gerak sinar.
Senyawa kimia bersifat optis aktif yaitu dapat memutar bidang cahaya terpolarisasi, jumlah putaran berkas cahaya tersebut dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi senyaaw kimia yang optis aktif dalam suatu sampel.Pada umumnya senyawa optis aktif mengandung gugus karbon yang asimetris (C asimetris), yaitu atom karbon yang mengikat empat jenis atom atau gugus yang berbeda-beda.

Diposkan oleh aiif aja di 20:46

Teori Dasar Spektrofotometri Serapan Atom

Spektroskopi serapan atom modern baru diperkenalkan pada tahun 1955 oleh A. Walsh dan C.T.J Alkemade. Instrumen komersial SSA dipasarkan di awal tahun 1960. Saat ini, Spektroskopi Serapan Atom (SSA) menjadi metode analisis paling penting untuk menentukan kadar logam

Teori Atom Bohr

Pada tahun 1913 Niehls Bohr mengajukan beberapa hipotesis sebagai berikut :

1.      Pada suhu biasa elektron-elektron didalam atom beredar mengelilingi inti atom dengan energi yang paling rendah tanpa memancarkan atau menyerap energi. Elektron dalam keadaan stasioner (keadaan dasar/ground state)

2.      Bila atom menyerap sejumlah energi dari luar (panas, cahaya) elektron-elektron akan meloncat ketingkat energi yang lebih tinggi, atau yang berada pada jarak yang lebih jauh dari inti. Elektron dalam keadaan tereksitasi (atomnya disebut atom tereksitasi) yang sifatnya sementara.

3.      Bila sebuah elektron berpindah ke suatu tingkat energi yang lebih rendah akan dibebaskan sejumlah energy

4.      Tingkat-tingkat energi yang dapat ditempati elektron dalam suatu atom banyak sekali, perbedaan antara tingkat-tingkat energi makin kecil bila makin jauh dari inti atom

5.      Elektron-elektron tidak dapat berada pada tempet-tempat diantara dua tingkat energi dan hanya dapat meloncat dari satu tingkat ketingkat energi lainnya

6.      Makin jauh elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi ketingkat energi yang lebih rendah makin tinggi energi sinar yang dipancarkan dan makin besar pembiasan yang dialami sinar dalam prisma.

Ada dua sifat khas dari absorpsi ini yang menjadi keunggulan dari SSA:

1.      Panjang gelombang (λ) cahaya yang diabsorp atom bebas suatu unsur sama dengan λ cahaya emisi atom unsur tersebut. Sifat ini yang memberikan selektifitas yang tinggi, sehingga dengan SSA kita dapat melakukan penentuan kadar suatu ion logam tanpa melakukan pemisahan, walaupun banyak kation lain.

2.      Jumlah atom yang tereksitasi oleh energi cahaya yang jauh lebih banyak dari energi panas. Sifat ini yang menyebabkan sensitifitas yang tinggi, sehingga dengan SSA kita dapat menetapkan dalam ppm bahkan ppb.

Posted by Zaenal Arifin pada 2 Januari 2011 in Instrumental Analysis

Spektrofotometri

Ditulis oleh Yoky Edy Saputra pada 25-08-2009

Spektrofotometri merupakan suatu metoda analisa yang didasarkan pada pengukuran serapan  sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada panjang gelombang spesifik dengan menggunakan monokromator prisma atau kisi difraksi dengan detektor fototube.  Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Sedangkan pengukuran menggunakan spektrofotometer ini, metoda yang digunakan sering disebut dengan spektrofotometri.

Spektrofotometri dapat dianggap sebagai perluasan suatu pemeriksaan visual dengan studi yang lebih mendalam dari absorbsi energi. Absorbsi radiasi oleh suatu sampel diukur pada berbagai panjang gelombangdan dialirkan oleh suatu perkam untuk menghasilkan spektrum tertentu yang khas untuk komponen yang berbeda.

Absorbsi sinar oleh larutan mengikuti hukum Lambert-Beer, yaitu :

A =     log ( Io / It )         =  a b c

Keterangan  : Io = Intensitas sinar datang

It = Intensitas sinar yang diteruskan

a = Absorptivitas

b = Panjang sel/kuvet

c = konsentrasi (g/l)

A = Absorban

Spektrofotometri merupakan bagian dari fotometri dan dapat dibedakan dari filter fotometri sebagai berikut :

1. Daerah jangkauan spektrum

Filter fotometr hanya dapat digunakan untuk mengukur serapan sinar tampak (400-750 nm). Sedangkan spektrofotometer dapat mengukur serapan di daerah tampak, UV (200-380 nm) maupun IR (> 750 nm).

2. Sumber sinar

Sesuai dengan daerah jangkauan spektrumnya maka spektrofotometer menggunakan sumber sinar yang berbeda pada masing-masing daerah (sinar tampak, UV, IR). Sedangkan sumber sinar filter fotometer hanya untuk daerah tampak.

3. Monokromator

Filter fotometere menggunakan filter sebagai monokrmator. Tetapi pada spektro digunakan kisi atau prisma yang daya resolusinya lebih baik.

4. Detektor

-   Filter fotometer menggunakan detektor fotosel

-   Spektrofotometer menggunakan tabung penggandaan foton atau fototube.

Komponen utama dari spektrofotometer yaitu :

1.                  1. Sumber cahaya

Untuk radisi kontinue :

-         Untuk daerah UV dan daerah tampak :

-         Lampu wolfram (lampu pijar) menghasilkan spektrum kontiniu pada gelombang 320-2500 nm.

-         Lampu hidrogen atau deutrium (160-375 nm)

-         Lampu gas xenon (250-600 nm)

Untuk daerah IR

Ada tiga macam sumber sinar yang dapat digunakan :

-         Lampu Nerst,dibuat dari campuran zirkonium oxida (38%) Itrium oxida  (38%) dan erbiumoxida (3%)

-         Lampu globar dibuat dari silisium Carbida (SiC).

-         Lampu Nkrom terdiri dari pita nikel krom dengan panjang gelombang 0,4 – 20 nm

-      Spektrum radiasi garis UV atau tampak :

-       Lampu uap (lampu Natrium, Lampu Raksa)

-       Lampu katoda cekung/lampu katoda berongga

-       Lampu pembawa muatan dan elektroda (elektrodeless dhischarge lamp)

-       Laser

1.                  2. Pengatur Intensitas

Berfungsi untuk mengatur intensitas sinar yang dihasilkan oleh sumber cahaya agar sinar yang masuk tetap konstan.

1.                  3. Monokromator

Berfungsi untuk merubah sinar polikromatis menjadi sinar monokromatis sesuai yang dibutuhkan oleh pengukuran

Macam-macam monokromator :

-   Prisma

-   kaca untuk daerah sinar tampak

-   kuarsa untuk daerah UV

-   Rock salt (kristal garam) untuk daerah IR

-  Kisi difraksi

Keuntungan menggunakan kisi :

-   Dispersi sinar merata

-   Dispersi lebih baik dengan ukuran pendispersi yang sama

-   Dapat digunakan dalam seluruh jangkauan spektrum

4. Kuvet

Pada pengukuran di daerah sinar tampak digunakan kuvet kaca dan daerah UV digunakan kuvet kuarsa serta kristal garam untuk daerah IR.

5. Detektor

Fungsinya untuk merubah sinar menjadi energi listrik yang sebanding dengan besaran yang dapat diukur.

Syarat-syarat ideal sebuah detektor :

-         Kepekan yang tinggi

-         Perbandingan isyarat atau signal dengan bising tinggi

-         Respon konstan pada berbagai panjang gelombang.

-         Waktu respon cepat dan signal minimum tanpa radiasi.

-         Signal listrik yang dihasilkan harus sebanding dengan tenaga radiasi.

Macam-macam detektor :

-    Detektor foto (Photo detector)

-      Photocell

-      Phototube

-      Hantaran foto

-      Dioda foto

-      Detektor panas

6. Penguat (amplifier)

Berfungsi untuk memperbesar arus yang dihasilkan oleh detektor agar dapat dibaca oleh indikator.

7. Indikator

Dapat berupa :

-         Recorder

-         Komputer