BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Spektrofotometri Serapan Atom
Metode spektrofotometri serapan atom berprinsip pada absorpsi cahaya
oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang
tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Cahaya pada panjang gelombang ini
mempunyai cukup energi untuk mengubah tingkat elektronik suatu atom. Transisi
elektronik suatu unsur bersifat spesifik. Dengan absorpsi energi, berarti
memperoleh lebih banyak energi, suatu atom pada keadaan dasar dinaikkan
tingkat energinya ke tingkat eksitasi. Tingkat-tingkat eksitasinya pun
bermacam-macam (Khopkar, 1985).
Teknik spektrofotometri serapan atom menjadi alat yang canggih dalam
analisis. Ini disebabkan diantaranya oleh kecepatan analisisnya, ketelitiannya
sampai tingkat runut, tidak memerlukan pemisahan pendahuluan. Kelebihan
kedua adalah kemungkinannya untuk menentukan konsentrasi semua unsur pada
konsentrasi runut. Ketiga, sebelum pengukuran tidak selalu perlu memisahkan
kehadiran unsur lain dapat dilakukan asalkan katoda berongga yang diperlukan
tersedia (Khopkar, 1985). Teknik ini digunakan untuk menetapkan kadar ion
logam tertentu dengan jalan mengukur intensitas emisi atau serapan cahaya pada
panjang gelombang tertentu oleh uap atom unsur yang ditimbulkan dari bahan,
misalnya dengan mengalirkan larutan zat ke dalam nyala api (Ditjem POM,
1995). Alat yang digunakan pada spektrofotometer serapan atom mempunyai
beberapa kemampuan khusus. Untuk tiap elemen yang ditetapkan sumber yang
spesifik mengemisikan garis spektra untuk diserap harus dipilih. Sumber biasanya
adalah lampu hollow katoda yang dirancang untuk mengemisikan radiasi yang
dikehendaki pada kondisi tereksitasi. Saat radiasi diserap oleh elemen contoh uji,
biasanya pada panjang gelombang yang sama dengan garis emisinya, elemen pada
lampu hollow katoda sama dengan elemen yang ditetapkan. Alat dilengkapi
dengan aspirator untuk membawa contoh uji ke dalam nyala. Detektor digunakan
untuk membaca sinyal dari bejana uji. Sistem deteksi, hanya membaca perubahan
sinyal dari sumber hollow katoda, yang berbanding langsung dengan jumlah atom
yang ditetapkan dari contoh uji (Ditjen POM, 2014).
Ketika suatu atom dalam keadaan bebas dikenai suhu tinggi atau disinari
dengan sumber sinar di daerah ultraviolet-sinar tampak, maka kemungkinan salah
satu elektronnya dipromosikan dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi adanya
sangat besar. Perpindahan elektron ini berhubungan dengan serapan energinya.
Hal inilah yang disebut dengan serapan atom. Sebaliknya, ketika atom kembali
secara spontan ke keadaan dasarnya maka atom dapat mengemisikan kembali
kelebihan energinya dalam bentuk satu atau beberapa foton (spektroskopi emisi
Ada perbedaan antara puncak-puncak serapan sinar oleh molekul-molekul
senyawa dengan puncak-puncak serapan oleh atom. Penyerapan sinar oleh
senyawa menghasilkan pita-pita panjang gelombang yang lebar karena di dalam
suatu molekul, disamping tingkat energi elektronik terdapat juga
tingkat-tingkat energi vibrasi dan rotasi. Sebaliknya, dalam atom netral suatu unsur hanya
terdapat tingkat-tingkat energi elektronik saja dan tidak terdapat tingkat energi
vibrasi dan rotasi. Akibatnya puncak-puncak serapan atom berupa garis-garis
yang tajam (Gandjar dan Rohman, 2012).
Menurut Jeffery, dkk. (1989), prosedur dimana atom bebas dihasilkan di
dalam nyala dapat dijelaskan dalam beberapa tahapan berikut. Ketika suatu
larutan yang akan diperiksa komponen logamnya, diaspirasikan ke dalam nyala,
terjadi beberapa tahapan berikut dengan cepat yaitu:
1. Penguapan pelarut yang meninggalkan residu solid.
2. Penguapan zat padat (solid) dengan disosiasi menjadi konstituen atom, yang
mula-mula masih berada di keadaan dasar (ground state).
3. Beberapa atom akan tereksitasi oleh energi panas dari nyala ke tingkatan energi
yang lebih tinggi, dan mencapai kondisi dimana atom-atom tersebut akan
meradiasikan energi.
Keberhasilan analisis dengan metode spektrofotometri serapan atom ini
tergantung pada proses eksitasi dan cara memperoleh garis resonansi yang tepat.
Hal ini dapat diterangkan dari persamaan Boltzmann sebagai berikut.
Nj No=
Pj
Poexp(- Ej KT )
dimana Nj dan No masing-masing merupakan jumlah atom yang tereksitasi dan
(1,38 x 10-16 erg/K), T adalah temperatur absolut (K), Ej adalah perbedaan energi
tingkat eksitasi dan tingkat dasar. Pj dan Po adalah faktor statistik yang ditentukan
oleh banyaknya tingkat yang mempunyai energi setara pada masing-masing
tingkat kuantum. Pada umumnya fraksi atom tereksitasi yang berada pada gas
yang menyala, kecil sekali (Khopkar, 1985). Dapat dilihat dari persamaan di atas
bahwa rasio Nj/No dipengaruhi oleh energi eksitasi (Ej) dan temperatur (T).
Peningkatan temperatur dan penurunan energi (Ej) akan menghasilkan nilai rasio
Nj/No yang lebih tinggi (Jeffery, dkk., 1989).
2.3.1 Instrumentasi Spektrofotometer Serapan Atom 1. Sumber Sinar
Sumber sinar yang dipakai adalah lampu katoda berongga (hollow cathode
la mp). Lampu ini terdiri atas tabung kaca tertutup yang mengandung katoda dan
anoda. Katoda sendiri berbentuk silinder berongga yang terbuat dari logam atau
dilapisi dengan logam tertentu yang akan dianalisis (Gandjar dan Rohman, 2012).
2. Tempat Sampel (Atomizer)
Dalam tempat sampel inilah proses atomisasi terjadi. Dalam analisis secara
spektrofotometri serapan atom, sampel yang akan dianalisis harus diuraikan
menjadi atom-atom netral yang masih dalam keadaan asas. Ada berbagai macam
alat yang dapat digunakan untuk mengubah suatu sampel menjadi uap atom-atom
yaitu:
a. Dengan nyala (flame)
Nyala digunakan untuk mengubah sampel yang berupa padatan atau cairan
menjadi bentuk uap atomnya, dan juga berfungsi untuk atomisasi. Suhu yang
gas asetilen-udara: 2200 oC. Pada sumber nyala ini, asetilen sebagai bahan
pembakar dan udara sebagai agen pengoksidasi (Gandjar dan Rohman, 2012).
Beberapa temperatur nyala yang lain dapat dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Temperatur Nyala
Bahan Bakar Oksidan Udara Oksidan Oksigen N2O
Hidrogen 2100 2780 -
Asetilen 2200 3050 2955
Propana 1950 2800 -
Sumber: Khopkar (1985).
b. Tanpa nyala (Flameless)
Pengatoman dilakukan dalam tungku dari grafit. Tungku merupakan
teknik atomisasi tanpa nyala. Teknik atomisasi dengan nyala dinilai kurang peka
karena: atom gagal mencapai nyala, tetesan sampel yang masuk ke dalam nyala
terlalu besar, dan proses atomisasi kurang sempurna. Oleh karena itu, muncullah
suatu teknik atomisasi yang baru yaitu atomisasi tanpa nyala. Sejumlah sampel
diambil sedikit (untuk sampel cair, diambil hanya beberapa µ L, sementara sampel
padat diambil beberapa mg), lalu diletakkan dalam tabung grafit, kemudian
tabung tersebut dipanaskan dengan sistem elektris dengan cara melewatkan arus
listrik pada grafit. Akibat pemanasan ini, maka zat yang akan dianalisis berubah
menjadi atom-atom netral dan pada fraksi atom ini dilewatkan suatu sinar yang
berasal dari lampu katoda berongga sehingga terjadilah proses penyerapan energi
sinar yang memenuhi kaidah analisis kuantitatif (Gandjar dan Rohman, 2012).
3. Monokromator
Monokromator merupakan alat untuk memisahkan dan memilih spektrum
banyak spektrum yang dihasilkan lampu katoda berongga (Gandjar dan Rohman,
2012).
4. Detektor
Detektor digunakan untuk mengukur intensitas cahaya yang melalui
tempat pengatoman (Gandjar dan Rohman, 2012).
5. Readout
Rea dout merupakan suatu alat penunjuk atau dapat juga diartikan sebagai
sistem pencatat hasil. Pencatatan hasil dilakukan dengan suatu alat yang telah
terkalibrasi untuk pembacaan transmisi atau absorpsi. Hasil pembacaan dapat
berupa angka atau berupa kurva yang menggambarkan absorbansi atau intensitas
emisi (Gandjar dan Rohman, 2012).
Sistem peralatan spektrofotometer serapan atom dapat dilihat pada
Gambar 2.1 berikut ini.
Gambar 2.1 Sistem Peralatan Spektrofotometer Serapan Atom (Sumber: Harris, D.C. (2007).
2.3.2 Gangguan –Gangguan pada Spektrotofometer Serapan Atom
Menurut Gandjar dan Rohman (2012), yang dimaksud dengan
peristiwa-peristiwa yang menyebabkan pembacaan absorbansi unsur yang dianalisis
menjadi lebih kecil atau lebih besar dari nilai yang sesuai dengan konsentrasinya
dalam sampel. Gangguan-gangguan yang dapat terjadi dalam spektrofotometri
serapan atom adalah sebagai berikut:
1. Gangguan yang berasal dari matriks sampel yang mana dapat mempengaruhi
banyaknya sampel yang mencapai nyala
2. Gangguan kimia yang dapat mempengaruhi jumlah/banyaknya atom yang
terjadi di dalam nyala.
3. Gangguan oleh absorbansi yang disebabkan bukan oleh absorbansi atom yang
dianalisis; yakni absorbansi oleh molekul-molekul yang tidak terdisosiasi di
dalam nyala. Adanya gangguan-gangguan di atas dapat diatasi dengan
menggunakan cara- cara sebagai berikut:
a. Penggunaan nyala/suhu atomisasi yang lebih tinggi
b. Penambahan senyawa penyangga
c. Pengekstraksian unsur yang akan dianalisis
d. Pengekstraksian ion atau gugus pengganggu
4. Gangguan oleh penyerapan non-atomik