2.3. Spectrometry massa induksi plasma berpasangan (ICP mass Spectrometry) Inductively Couple plasma merupakan spektroskopi nyala untuk menganalisa unsur
2.3.1 Prinsip Kerja Alat Inductively Couple Plasma (ICP)
Prinsip umum dari alat ini adalah dengan mengukur intensitas energi / radiasi yang dipancarkan oleh unsur-unsur yang mengalami perubahan tingkat energi atom (eksitasi / ionisasi).Larutan sampel dihisap dan dialirkan melalui tabung kapiler ke nebulizer.Nebulizer akan mengubah larutan sampel menjadi bentuk aerosol yang selanjutnya diinjeksi oleh ICP. Pada temperatur plasma maka sampel akan mengalami ionisasi dan eksitasi.Atom yang tereksitasi akan kembali kedalam keadaan awal (ground state ) dan memancarkan sinar radiasi.Sinar radiasi ini akan didispersi dengan
komponen optik.Sinar yang terdispersi ,secara berurutan akan muncul pada masing-masing panjang gelombang unsur dan dirubah dalam bentuk sinyak listrik yang besarnya sebanding dengan sinar yang dipancarkan oleh besarnya konsentrasi unsur.Sinyal ini kemudian diperoses oleh bagian sistim pengolahan data (Siti Amina 1997).
Langkah kerja ICP-OES 1.Preparasi sampel
Beberapa sampel memerlukan langkah preparasi khusus seperti penambahan asam,pemanasan,dan destruksi dengan microwave.
2.Nebulisasi
Proses pengubahan cairan menjadi aerosol 3.Desolvasi/Volatisasi
Pelarut dihilangkan sehingga terbentuk aerosol kering.
4.Atomisasi
Ikatan atom diputus dan hanya ada atom bebas, suhu plasma dan temperatur sangat penting pada tahap ini.
5.Eksitasi/Emisi
Atom memperoleh energi dari tumbukan dan memancarkan cahaya dari panjang gelombang yang khas.
6.Deteksi/Pemisahan
Secara skematik maka alat ICP-MS dapat digambarkan serangkaian berikut ini
Gambar 2.1.Skema alat ICP
Bagian ICP-MS sendiri terdiri atas :
Pengkabutan (nebulisasi) dan bagian penyemprot (chamber)
Secara normal analisa sampel didalam larutan adalah dengan secara langsung dalam bentuk larutan, menggunakan sebuah system pengkabutan serta konfigurasi penyemprotan adalah metode yang secara umum terdapat didalam ICP-MS. Larutan sampel dapat dibawa dengan aspirasi sendiri ( larutan dibawa keatas dengan menggunakan tekanan ketika larutan sampel akan melewati system pengkabutan ) atau sebuah pompa peristaltik dapat digunakan untuk membawa larutan menuju sistem
pengkabutan. Tugas yang utama dari sistem pengkabutan adalah untuk menghasilkan aerosol dengan besar diameter adalah < 10 µ m. Tipe-tipe nebulizer yang umum digunakan didalam alat ICP-MS adalah Meinhard Nebulizer serta Babington Nebulizer, sedangkan untuk tipe nebulizer yang lainnya adalah ultrasonic, concentric serta hydraulic temperature tinggi nebulizer (Thompson 1983).
Dengan model Meinhard concentric nebulizer (seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2 larutan sampel mengalir melalui celah pipa kapiler. Gas pada sistem pengkabutan akan memproduksi aerosol dari sampel pada kapiler pengeluaran yang akan mengalir sepanjang kapiler. Sedangkan model microconsentric nebulizer akan bekerja hampir sama seperti model meinhard.
Sedangkan model Babington nebulizer (pada gambar 2.3) sampel akan mengalir membentuk ulir v. Aerosol dibentuk dari film sampel didalam ulir dengan menggunakan gas pembawa melalui lubang yang kecil didasar ulir.
Gambar.2.3 Babington nebulizer
Pada model hydraulic temperatur tinggi nebulizer (HHPN) aerosol dibentuk dengan memompakan memalui nozzle yang berukuran 10 µ m keatas sebuah bola gelas. Gas pengkabutan membawa aerosol kebagian desolvasi, yang diperlukan karena muatan pelarut yang besar. Aerosol yang kering secara langsung akan dibawa ke plasma (Haswell 1981).
Pneummatic nebulizer menghasilkan aerosol dengan papan pendistribusian dengan diameter sebesar 100 µ m. Tugas yang utama dari bagian penyemprot yang ditempatkan setelah bagian pengkabutan adalah menghilangkan tetesan dari gas serta membawanya kepembuangan, yang akan memperbaiki stabilitas signal. Ketika gas pembawa membawa aerosol memasuki bagian penyemprot maka akan mengalami
perubahan arah sendirinya. Tetesan yang besar tidak akan mengalir langsung pada dinding bagian penyemprot dan akan menuju bagian pembuangan. Maka bagian penyemprot akan memastikan hanya tetesan-tetesan yang cukup kecil yang akan tetap dibagian gas pembawa yang akan dibawa menuju bagian plasma.
Gambar 2.4. Spray camber.
Obor Inductively couple plasma
Plasma adalah gas netral yang bebas dari kandungan ion positif ataupun negative. Obor Inductively couple plasma adalah sebuah aliran tanpa muatan didalam sebuah gas pada tekanan atmosfir. Gas yang digunakan secara umum adalah Argon karena relatif gampang mengionisasi serta mempunyai massa yang besar dan oleh sebab itu memiliki daya pembawa yang baik. Plasma dibentuk pada obor kuarsa, yang terdiri atas 3 tabung kuarsa. Sampel aerosol akan dibawa keplasma melalui tabung pusar. Tabung kuarsa yang paling luar akan membawa plasma ketabung utama. Plasma biasanya diperkuat dengan sinyal radio dengan frekuensi 27.12 serta 40.68 MHz yang dihasilkan dari koil tembaga yang ditempatkan mengelilingi obor. Temperatur yang akan dihasilkan pada pembentukan plasma adalah 6000 sampai 8000 oK.
Gambar 2.5 Obor ICP
Ekstraksi Ion
Setelah ion analit dibentuk dibawah tekanan atmosfir, maka akan dianalisa dispektrometri massa yang beroperasi dibawah keadaan vakum kira-kira 10-6 mbar. Ekstraksi ion dari plasma kedalam system vakum adalah sangat penting. Diagram dari sebuah system ekstraksi ion adalah ditunjukkan pada gambar berikut ini (gambar 2.6). Ion memasuki bagian pemisahan memalui pompa mekanik memalui lubang dengan diameter 1mm (dari sebuah bagian pengkerucut sampel). Kemudian sampel akan memasuki bagian lubang yang kedua yang disebut dengan lubang skimmer. Pada bagian belakang dari lubang kerucut sebuah system vakum dibuat kira-kira 10-6 mbar dengan 2 pompa turbo molecular. Lensa akan memfokuskan ion segera memasuki spektroskopi massa.
Gambar 2.6.Bagian antara plasma serta spektroskopi massa
Spektroskopi masssa dengan 4 muatan
Didalam peralatan ICP-MS yang digunakan, pemisahaan ion dilakukan dengan menggunakan sebuah analisa massa bermuatan 4 (seperti ditunjukkan gambar 2.7). Sistem ini dibuat dengan 4 buat logam yang disusun secara pararel (quadropole). Masing-masing batangan terdiri atas sinyal radio (RF) serta sumber arus DC disertakan pada bagian ini. Untuk salah satu pasang voltasi sinyal radio mempunyai besar amplitude yang sama besar akan tetapi masing-masing mereka memiliki muatan yang berbeda antara satu dengan yang lainnya. Kemampuan dari ion untuk memasuki bagian ini tergantung atas energi mereka serta muatannya (massa). Dengan memvariasikan sinyal radio serta tegangan DC maka bagian ini akan bertindak sebagai penyaring massa. Hanya ion yang sesuai dengan rasio (perbandingan yang sesuai dengan bagian ocilator akan sampai pada bagian terakhir,sedangkan yang lainnya akan tidak stabil serta akan menempel pada bagian dipole.
Gambar 2.7 skema diagram dari quadropole
Deteksi ion
Signal ion akan diukur dengan menggunakan electron multifier setelah mereka melewati bagian quadropole. Channel elektron multifier (gambar 7) adalah jenis elektron multifier yang umum. Bagian dalam dari multifier ini dilapisi dengan logam oksida. Muatan negatif dialokasikan kebagian multifier ini yang nantinya akan menarik ion yang bermuatan positif. Ketika ion berhubungan dengan dinding logam oksida maka mereka akan segera menolak elekron yang akan datang selanjutnya. Elektron yang kedua ini akan diakurasikan kebagian tabung dengan tegangan listrik yang menurun.Yang nantinya akan memukul bagian atau lapisan sehingga elektron-elektron yang berikutnya akan terpancar. Proses ini dilakukan berkali-kali sehingga pada akhirnya ion akan saling tertimbun dan akhirnya akan berkumpul kira-kira 108 elektron. Multifier dapat dioperasikan dalam perhitungan injeksi atau dalam mode analog tergantung dari konsentrasi analit yang akan diukur. Didalam mode injeksi tegangan negatif dialokasikan lebih tinggi dan elektron-elektron yang terbentuk akan lebih
banyak. Elektron akan terbaca/terdeteksi sebagai sinyal elektron tunggal. Metode ini biasanya dilakukan pada range konsentrasi analit sampai 1mg/l. sedangkan metode analog ( 1 ion yang akan menghasilkan 104 elektron) adalah cocok untuk konsentrasi analit dari 1 sampai 100 mg/L. Pada metode ini multifier tidak akan penuh. Intensitas ion akan dikonversikan dalam suatu pulse yang akan dihitung sebagai sebuah sinyal.
BAB III