BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
B. Optimasi Spektrofotometri Serapan Atom
Prinsip spektroskopi serapan atom adalah terjadinya penyerapan sumber radiasi berupa sinar UV (200 – 400 nm) atau sinar tampak/visibel (400 – 800 nm) di luar nyala, oleh atom-atom netral dalam keadaan gas yang berada dalam nyala. Untuk menghasilkan atom-atom netral dilakukan proses atomisasi yaitu proses penguraian atau pengubahan suatu molekul menjadi atom-atom netral dalam keadaan gas, dimana diperlukan panas yang sesuai yang dihasilkan dari nyala api. Pada proses ini bila suhu terlalu tinggi kemungkinan akan terjadi ionisasi, karena itu perlu dilakukan optimasi lebih dahulu.
Gambar 3. Atomisasi Pada SSA (Beaty and Kerber, 1993)
Optimasi dilakukan bertujuan untuk memperoleh populasi atom pada keadaan dasar yang paling banyak dalam nyala api yang dilewati oleh radiasi. Atom-atom tersebut akan menyerap tenaga radiasi yang khas dan kemudian
radiasi yang diserap makin banyak pula. Pada kondisi yang optimum akan diperoleh serapan yang maksimum.
Gambar 4. Proses Eksitasi (Beaty and Kerber, 1993)
Parameter kondisi optimum spektroskopi serapan atom yang diperoleh dari
Fakultas MIPA UGM meliputi resonance lines, lebar celah monokromator, kuat arus lampu katoda (Hollow Cathode Lamp), laju alir udara, laju alir asetilen dan
tinggi burner. Kondisi optimum yang digunakan dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut :
Tabel V. Kondisi Optimum Sistem SSA
Parameter Kondisi Optimum
Resonance Lines 283,3 nm
Lebar Celah Monokromator 0,7 mm
Kuat Arus Lampu Katoda 10 mA
Laju Alir Udara 2 L/menit
Laju Alir Asetilen 3 L/menit
Tinggi Burner 1,2 cm
Resonance lines yang dipilih adalah 283,3 nm karena panjang gelombang ini merupakan panjang gelombang paling kuat menyerap garis untuk transisi elektronik dari tingkat dasar ke tingkat eksitasi. Apabila atom pada tingkat energi dasar diberi energi yang sesuai maka energi tersebut akan diserap dan atom-atom tersebut akan tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Pada keadaan tereksitasi, atom tidak stabil sehingga akan kembali ke tingkat energi dasar
dengan melepas sejumlah energi dalam bentuk sinar. Karena itu setiap garis mempunyai energi yang spesifik.
Gambar 5. Resonance Lines Pb (Beaty and Kerber, 1993)
Lebar celah yang digunakan pada penelitian ini adalah 0,7 mm. Lebar celah dapat mengontrol gangguan spektra tertentu, misalnya garis-garis yang terabsorpsi dari gas pengisi lampu katoda cekung, garis-garis yang tidak terabsorpsi dari logam katoda, dan pita-pita molekul dalam nyala. Pengaturan sinar yang masuk mengurangi gangguan ini, tetapi tidak seluruhnya efektif.
Lebar celah monokromator harus dipilih untuk mengoptimasi signal to noise ratio. Lebar celah dalam spektrofotometri serapan atom harus kecil yang diperlukan untuk mengisolasi garis spektra yang digunakan (garis resonansi).
Lebar celah yang sangat sempit diperlukan hanya bila spektra emisi sumber radiasi adalah sangat kompleks.
Kuat arus lampu katoda pada kondisi optimum dalam penelitian ini yaitu 10 mA. Lampu katoda terdiri atas tabung kaca tertutup yang mengandung suatu katoda dan anoda. Katoda berbentuk silinder berongga yang terbuat dari logam
atau dilapisi dengan logam tertentu. Tabung logam ini diisi dengan gas mulia (neon atau argon) dengan tekanan rendah (10-15 torr) (Watson, 2007).
Bagian katoda yang berbentuk cekung dilapisi logam yang sesuai dengan logam yang akan dianalisis. Anoda diberi tegangan sehingga bila sejumlah kecil arus yang besarnya beberapa mA diberikan diantara katoda dan anoda akan mengakibatkan gas argon yang ada di dalam tabung akan mengalami ionisasi, akibatnya ion gas argon tersebut akan tertarik ke arah katoda (yang bermuatan negatif) dengan kecepatan yang sangat tinggi dan terjadi tumbukan yang mengakibatkan tereksitasinya atom-atom logam yang bersangkutan. Dalam hal ini berlaku hukum emisi atom yang menyatakan bila atom mempunyai kelebihan tenaga maka akan melepaskan kembali tenaga yang berupa sinar panjang gelombang yang karakteristik. Dengan demikian sinar dari lampu katoda cekung ini mempunyai spektrum yang spesifik sesuai dengan garis resonansinya yaitu 283,3 nm dengan kuat arus 10 mA.
Kuat arus lampu katoda cekung yang dianjurkan tergantung pada unsur yang akan dianalisis dan bervariasi. Pemakaian kuat arus diusahakan seoptimal mungkin, karena pemberian kuat arus yang terlalu rendah akan menyebabkan intensitas lampu menjadi terlalu rendah sehingga energi yang diberikan juga rendah.
Efisiensi lampu katoda cekung bergantung pada bentuk geometri dari katodanya dan besarnya tegangan atau arus yang diberikan. Peningkatan pemberian arus pada lampu katoda, pada umumnya akan meningkatkan intensitasnya, tetapi akan mengurangi umur dari lampu tersebut. Peningkatan
intensitas ini ada batasnya, karena hal sebaliknya mungkin saja terjadi, yaitu pemberian arus yang terlalu tinggi akan mengakibatkan terjadinya peningkatan jumlah atom-atom yang tidak tereksitasi dalam awan atom dan menyerap emisi yang dipancarkan sehingga dapat terjadi apa yang disebut penyerapan dini dan hal ini dapat mengurangi intensitas.
Tipe nyala untuk Pb yaitu udara : asetilen dengan suhu 2200 oC (Gandjar
dan Rohman, 2007). Laju alir asetilen-udara yang digunakan pada penelitian ini sebagai bahan pembakar dan oksida untuk logam Pb adalah 3 L/menit dan 2 L/menit. Asetilen-udara berfungsi membawa sampel dalam bentuk larutan agar masuk ke dalam sistem pengkabutan yang akan mengubah sampel larutan menjadi aerosol halus (uap) yang siap masuk ke dalam sistem nyala untuk atomisasi. Beberapa kelebihan gas pembakar dan oksidator asetilen-udara yaitu dapat memberikan hasil yang maksimal, digunakan untuk berbagai unsur dan memiliki sensitifitas dan kecermatan yang tinggi. Laju alir gas pembakar dan oksidator yang dibutuhkan tergantung pada ukuran pembakar (burner dan komponen-komponen sampel).
Atom-atom dalam nyala tidak merata distribusinya karena di dalam nyala terdapat beberapa daerah panas. Untuk mengatasi hal ini maka dilakukan optimasi pada tinggi burner. Tinggi burner yang digunakan adalah 1,2 cm.
Ilustrasi nyala pada burner :
Gambar 6. Ilustrasi Nyala Burner (Ulfa, 2010)
Larutan cuplikan masuk ke dalam daerah A dalam bentuk butir-butir halus tercampur dengan udara-asetilen. Pada daerah B air akan menguap disebabkan oleh konduksi dan radiasi panas dari daerah C. Dalam daerah C ini terjadi penguapan dan penguraian menjadi atom. Pada daerah ini pula dimulai proses serapan dan emisi. Atom yang berubah menjadi oksida dalam daerah C, akan keluar melalui daerah D, setelah itu dibuang ke kuncup luar. Optimasi tinggi pembakar bertujuan untuk mencari daerah C agar pengukuran cukup sensitif.