Atomic Absorption Spectroscopy (AAS)

(1)

Atomic Absorption Spectroscopy (AAS)

Analisa Limbah Lingkungan

Program D4 Analis Kesehatan/TLM Fakultas Farmasi dan Sains

UHAMKA Pertemuan 11

(2)

info@uhamka.ac.id

www.uhamka.ac.id (021)73944451 uhamkaid Uhamka @UhamkaID

INTRODUCTION

• AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) adalah prosedur analitik spektro untuk menentukan unsur secara kuantitatif,

menggunakan absorption optical radiation pada atom bebas dalam keadaan gas

http://en.m.wikipedia.org

(3)

• AAS dapat digunakan untuk menentukan lebih dari 70 elemen yang berbeda

• Element yang dapat dideteksi oleh AAS yang berwarna pink pada tabel periodic

www.ewr.cee.vt.edu

(4)

• AAS merupakan metode analisis yang berdasarkan pada proses

penyerapan energi radiasi oleh atom-atom yang berada pada tingkat energi dasar (ground state)

• Penyerapan tersebut menyebabkan tereksistasinya elektron dalam kulit atom ke tingkat energi yang lebih tinggi

• Keadaan ini bersifat labil sehingga elektron akan kembali ke tingkat energi dasar dan mengeluarkan energi yang berbentuk radiasi

• Atom bebas akan berinteraksi dengan berbagai bentuk energi, Interaksi pada atom bebas akan menghasilkan absorpsi dan emisi (pancaran) serta radiasi dan panas

• Radiasi yang dipancarkan bersifat khas karena mempunyai panjang gelombang berbeda untuk setiap atom

Basset,J.1994,Vogel Kimia Analisa Kuantitatif Anorganik, EGC

BASIC PRINCIPLES

Light Source Detector Sample

Compartment

(5)

• Mengukur ketidakmurnian pada paduan logam dan proses reagen

• Water analysis

• Analisis atau sampling udara

• Analisis padatan dari bijih mineral (ores) dan finished metals

APLICATION

ASM Handbook volume 10

(6)

Atomic Absorption Spectrophotometer

Sampel

Light Source (Hollow cathode) Atomisasi

Departemen Kimia – ITB Jl. Ganesa no.10 Bandung

(7)

TAHAPAN PROSES AAS

0.245

Sampel

Filter

Readout Photodetector

Amplifier Ruang

pengkabutan

Hollow cathode

C₂H₂ O₂

Lensa

(8)

SAMPLE PREPARATION

SAMPEL

• Bentuk : Padat, larutan, dan gas (mercury)

• Ukuran : tergantung pada teknik yang digunakan, dari miligram (solid by graphite furnace) sampai 10 ml untuk larutan pada flame work yang konvensional

• Persiapan : tergantung pada tipe atomisasi yang digunakan, biasanya harus mempersiapkan larutannya

TEKNIK PREPARASI

• Sampel cair: dilarutkan dengan air secara kuantitatif, kemudian ditambahkan asam secukupnya

• Sampel padat: dilakukan dekstrusi

(9)

DEKSTRUSI

Dekstrusi dapat dilakukan dengan cara berikut:

1.Cara Kering

Diabukan dengan menggunakan furnace pada suhu tertentu. Jika perlu ditambahkan “ashing aid”. Selanjutnya abu dilarutkan dalam asam dan diencerkan secara kuantitatif.

Direkomendasikan untuk analisis Ag, Al, As, Ba, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, Sb, Se, Ti, V dan Zn.

2.Cara basah

Dilarutkan dalam asam kuat (atau campuran asam kuat), kemudian dipanaskan dalam labu Kjedahl/gelas kimia. Kisatkan, larutkan dalam air, masukkan ke dalam labu ukur dan saring. Asam yang digunakan secara bersama-sama dengan HNO₃ dalam preparasi contoh untuk destruksi logam.

Pelatihan Instrumen LKI UPI

(10)

o Penggunaan HNO₃ digunakan pada sampel yang bersih atau material yang mudah teroksidasi

o Penggunaan HNO₃–H₂SO₄ atau HNO₃–HCl digunakan untuk zat organik yang mudah teroksidasi

o Penggunaan HNO₃–HClO₄ atau HNO₃-HF diperlukan pada sampel yang mengandung zat organik yang sulit teroksidasi atau mineral yang mengandung silikat

No. Asam Dapat Membantu untuk Tidak Direkomendasikan untuk

1. HCl SB, Ru, Su Th, Pb

2. H₂SO₄ - Ag, Pb, Ba

3. HClO₄ Zat Organik

4. HF Material yang

mengandung silika

(11)

LIGH SOURCE (SUMBER CAHAYA)

• Sumber cahaya berasal dari lampu katoda yang berbeda untuk setiap unsur/ elemen.

• Pada metoda ini, cahaya dari sumber diarahkan untuk melewati analit menuju ke detektor. Semakin besar jumlah sampel yang ada maka semakin besar

absorbansi yang dihasilkan oleh sampel

• Jenis sumber radiasi antara lain, Hollow Cathode Lamps (HCL), Electrodeless discharge lamps (EDL) dan Deuterium Lamps .

INSTRUMENTATION

(12)

 Hollow Cathode Lamps

• Terdiri dari katoda cekung silindris terbuat dari unsur yang sama dengan unsur yang akan dianalisis dan

anoda yang terbuat dari tungsten.

• Dengan memberikan tegangan pada arus tertentu, sampel yang akan dianalisis akan memijar dan atom katodanya akan teruapkan dengan pemercikan.

• Atom akan tereksitasi kemudian mengemisikan radiasi pada panjang gelombang tertentu.

(13)

Lampu katoda untuk Aluminium (Al)

Lampu katoda diletakan pada tempat khusus pada instrument

Homepage University of Michigan-Dearborn, Science Learning Center, June 2002

(14)

 Electrodeless Discharge Lamp

• Electrodeless Discharge Lamp mempunyai prinsip kerja yang hampir sama dengan Hollow Cathode Lamp tetapi mempunyai output radiasi lebih tinggi, biasanya digunakan untuk analisis unsur-unsur As dan Se, karena pada HCL untuk unsur-unsur tsb, signalnya lemah dan tidak stabil.

(15)

ATOMIZER (ATOMISASI SAMPEL)

SISTEM NYALA

Sampel diintroduksikan dalam bentuk larutan, kemudian

dimasukan pada sistem nyala dalam bentuk aerosol. Aerosol dihasilkan oleh nebulizer (pengabut) kemudian dihubungkan ke sistem nyala oleh ruang penyemprot (chamber spray).

JENIS NYALA:

1. Nyala udara asetilen

Temperatur nyala yang lebih rendah mendorong

terbentuknya atom netral dan dengan nyala yang kaya

bahan bakar pembentukan oksida dari banyak unsur dapat diminimalkan.

2. Nitrous oksida-asetilen

Biasanya digunakan untuk penentuan unsur-unsur yang

mudah membentuk oksida dan untuk unsur-unsur yang sulit terurai, karena temperatur nyala yang dihasilkan relatif

tinggi (Al, B, Mo, Si, So, Ti, V dan W

Day, R. A, 1986. Analisa Kimia Kuantitatif

(16)

Sistem atomisasi nyala

ASM Handbook Volume 10

(17)

SISTEM TANPA NYALA (ELECTROTHERMAL ATOMIZER)

Memakai tungku grafit (graphite tube atomizers) Tungku grafit dipanaskan dengan listrik (electrical thermal). Suhu dari tungku dapat diatur, sehingga pemanasan larutan dilakukan secara

bertahap prosesnya yaitu drying, pyrolisis, atomization, cleaning

 SPECIALIZED ATOMIZATION TECHNIQUES

• Glow Discharge Atomization

• Hydride Atomization

• Cold-Vapor Atomization

Day, R. A, 1986. Analisa Kimia Kuantitatif http://en.m.wikipedia.org

(18)

MONOKROMATOR

Monokromator merupakan alat yang berfungsi untuk memisahkan radiasi yang tidak diperlukan dari spektrum radiasi lain yang dihasilkan oleh hallow cathode lamp.

(19)

DETEKTOR

Detektor merupakan alat yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik yang berhubungan dengan daya radiasi kemudian diserap oleh permukaan yang peka.

Intensitas cahaya yang melewati nyala api secara garis analitikal ditangkap oleh detektor menggunakan photomultiplier kemudian diidentifikasi sesuai panjang gelombangnya.

Sinyal dari detektor ditransfer ke komputer sehingga pengukuran terhadap sampel dapat dibaca pada layar monitor sebagai data.

(20)

SISTEM PENGOLAH

Sistem pengolahan berfungsi untuk mengolah kuat arus dari detektor menjadi besaran daya serap atom transmisi kemudian diubah menjadi data pada sistem pembacaan

Tampilan pada layar monitor

Homepage University of Michigan-Dearborn, Science Learning Center, June 2002

(21)

TABUNG GAS

Tabung gas asetilen atau gas N2O

KOMPRESOR

Merupakan alat yang terpisah dengan unit utama karena berfungsi untuk mensuplai udara yang akan digunakan pada saat pembakaran atom

BURNER

Merupakan bagian terpenting pada unit utama

berfungsi sebagai tempat pencampuran gas asetilen dan aquabides agar tercampur merata dan terbakar

(22)

METODE KURVA KALIBRASI

• Dibuat seri larutan standar dengan berbagai konsentrasi dan absorbansi dari larutan tersebut kemudian diukur dengan AAS.

• Membuat grafik antara konsentrasi (C) dengan absorbansi (A) yang merupakan garis lurus melewati titik nol dengan slope = ε. B atau slope = a.b

• Konsentrasi larutan sampel kemudian diukur dan

diintropolasi ke dalam kurva kalibrasi atau dimasukkan ke dalam persamaan regresi linier pada kurva kalibrasi.

MEASUREMENT TECHNIQUES

(23)

Contoh kurva kalibrasi

(24)

METODE STANDAR TUNGGAL

• Metode ini sangat praktis karena hanya menggunakan satu larutan standar yang telah diketahui

konsentrasinya (C _std)

• Absorbsi larutan standar (A _std) dan absorbsi larutan sampel (A _smp) diukur dengan spektofotometri

• Dengan hukum Lambert-Beer dan dengan mengukur absorbansi larutan sampel serta standar, maka

konsentrasi larutan sampel dapat dihitung

(25)

METODE ADISI STANDAR

• Metode ini banyak digunakan karena dapat meminimalkan kesalahan karena perbedaan kondisi lingkungan (matriks) sampel dan standard

• Pada metode ini dua atau lebih jumlah volume tertentu pada sampel dipindahkan ke labu bakar

• Satu larutan diencerkan sampai volume tertentu

kemudian diukur absorbansinya tanpa ditambah dengan zat standar, sedangkan larutan yang lain sebelum diukur

absorbansinya ditambah terlebih dahulu dengan sejumlah larutan standar tertentu kemudian diencerkan seperti pada larutan pertama

Pelatihan Instrumen LKI UPI/tugas th 2010

(26)

Keunggulan

• Dapat menentukan kuantitas unsur pada suatu paduan dari part per million (ppm) sampai sub part per billion (ppb)

Keterbatasan

• Tidak dapat menganalisis secara langsung unsur-unsur gas mulia, halogen, sulfur, karbon atau nitrogen

• Kurang sensitif untuk analisis unsur pembentuk karbida atau oksida refraktori

• Pelarut berbeda tiap sample

• Lampu belum tentu sesuai dengan material uji

LIMITATION

(27)

Pada AAS terdapat Interference fenomena yang

mengarah ke perubahan intensitas analyte signal dalam spektroskopi. Gangguan serapan spektroskopi atom

terdiri dari non-spektral dan spektral 1) Non-spektral

* Matrix interference

* Chemical interference

* Ionization interference 2) Spektral interferece

ARTIFACT

Sumber : http://lab-training.com/2013/05/08/aas-free-e-course-..

(28)

(29)

Non-spektral Interference

• Matrix interference

Ketika sampel lebih kental atau memiliki tegangan permukaan yang berbeda dari standar dapat mengakibatkan perbedaan tingkat

penyerapan sampel karena perubahan dalam efisiensi nebulization.

• diminimalkan dengan cara mencocokkan sedekat mungkin komposisi matriks standar dan sampel

(30)

Chemical Interference

• Misal dari senyawa Ca bereaksi dengan Fosfat maka membentuk kalsium fosfat stabil yang mengurangi penyerapan ion Ca. Maka Ca intensitasnya yang terbaca menjadi kecil .

• Diatasi dengan menambah lantanum sehingga membuat Ca terbaca

(31)

Ionitation Interference

• Ionitation Interference lebih sering terjadi pada api yang terlalu besar.

Kelebihan energi api dapat menyebabkan eksitasi atom keadaan dasar ke keadaan ionik dengan hilangnya elektron sehingga mengakibatkan

penipisan atom keadaan dasar.

• Dalam api kecil gangguan tersebut ditemui dengan unsur-unsur dengan mudah terionisasi seperti logam alkali dan alkali tanah.

• Gangguan ionisasi dihilangkan dengan menambahkan kelebihan unsur yang mudah terionisasi sehingga menciptakan sejumlah besar elektron bebas

dalam api dan menekan ionisasi analyte. Garam elemen seperti K, Rb dan Cs biasanya digunakan sebagai penekan ionisasi.

http://i0.wp.com/lab-training.com

(32)

spectral Interferensi

• Kebanyakan gangguan spektral umumnya akibat emisi molekul dari oksida unsur lain dalam sampel.

Penyebab utama penyerapan adalah adanya molekul

terurai matriks yang memiliki spektrum serapan pita lebar dan partikel padat kecil, di vaporizer atau spesies molekul dalam api yang dapat menghamburkan cahaya melalui daerah panjang gelombang yang luas.

• Masalahnya diatasi dengan mengukur dan mengurangi penyerapan latar belakang dari total penyerapan diukur untuk menentukan serapan atom benar

http://i0.wp.com/lab-training.com

(33)

TEKNIK YANG RELEVAN

• Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry

• Direct current plasma atomic emission spectrometry

Kedua teknik tersebut secara simultan dapat memberikan pendalaman mengenai analitikal dan sensitivitas yang lebih lengkap terhadap AAS. Selain itu, kedua teknik tersebut membutuhkan persiapan awal yang lebih baik dan masalah interferensi matriks (spektral).

(34)