Laporan Kimia Analitik KI-3121
PERCOBAAN 5
SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN ATOM
Nama : Kartika Trianita NIM : 10510007
Kelompok : 1
Tanggal Percobaan : 19 Oktober 2012 Tanggal Laporan : 2 November 2012 Asisten : Handajaya Rusli
Laboratorium Kimia Analitik
Program Studi Kimia
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Teknologi Bandung
Spektrofotometri Serapan Atom
I.
Tujuan
1. Menentukan daerah konsentrasi tembaga dengan Spektrofotometer Serapan Atom 2. Menentukan kadar kalsium dalam air sumur.
II.
Teori Dasar
Spektrofotometri 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 spektrofotometri ialah Spektrometri Serapan Atom (AAS), 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).
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).
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 unsur 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.
Hukum dasar pada AAS ialah Hukum Lambert-Beer. Persamaannya adalah sebagai berikut.
dengan:
A = Absorbansi
I0= intensitas sinar mula-mula It= Intensitas sinar yang diteruskan a/ = Absortivitas/Absortivitas molar l = Panjang jalan sinar
c = Konsentrasi atom yang mengabsorpsi sinar
Prinsip kerja SSA adalah Penyerapan sinar dari sumbernya oleh atom-atom yang di bebaskan oleh nyala dengan panjang gelombang tertentu. Sampel analisis berupa liquid dihembuskan ke dalam nyala api burner 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, sdangkan kurva emisi, terukur intensitas sinar yang dipancarkan.
III.
Data Pengamatan
Penentuan daerah konsentrasi Cu2+
[Cu2+] ppm A 1 0.0349 2 0.0752 5 0.1972 8 0.3134 10 0.3855 12 0.5609 15 0.6189 20 0.6562 Larutan Standar Ca2+ [Standar Ca2+] ppm A 2 0.136 4 0.0294
Gangguan Pengukuran No Larutan A 1 5 ppm Ca2+ 0.0231 2 5 ppm Ca2+ + 100 ppm SO42- 0.0288 3 5 ppm Ca2++ 5000 ppm Sr2+ 0.0337 4 5 ppm Ca2++ 5000 ppm Sr2++ 100 ppm SO42- 0.0386 5 5 ppm Ca2++ 100 ppm Al3+ 0.0133 6 5 ppm Ca2++ 100 ppm Al3++ 5000 ppm Sr2+ 0.0294 7 5 ppm Ca2++ 100 ppm KCl 0.0336 8 5 ppm Ca2++ 100 ppm KCl + 5000 ppm Sr2+ 0.0365 9 5 ppm Ca2++ 5000 ppm Sr2++ matriks Fe 0.0218 10 5 ppm Ca2++ 100 ppm PO43- 0.0276 11 5 ppm Ca2++ 100 ppm PO43- + 5000 ppm Sr2+ 0.065 12 5 ppm Ca2++ 5000 ppm Sr2+ (nyala oksidasi) 0.0682 13 5 ppm Ca2++ 5000 ppm Sr2+ (nyala reduksi) 0.0217 6 0.0429 8 0.0526 10 0.0671
IV.
Pengolahan Data
1. Penentuan kepekaan dan daerah konsentrasi tembaga
Dari grafik di atas diperoleh persamaan garis y = 0,036x + 0,025
m = tan = 0,036
Kepekaan, S = = = 0,1222
Daerah konsentrasi (konsentrasi yang memberi nilai absorbansi 0,2 – 0,8) Absorbansi ~0,2 A = 0,1972
C = = = 5,4778 Absorbansi ~0,8 A = 0,6562 C = = = 18,2245
Jadi, daerah konsentrasi Cu adalah 5,4778 – 18,2245 ppm.
y = 0.0362x + 0.0253 R² = 0.9446 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0 5 10 15 20 25 A C (ppm)
Kurva kalibrasi
2. Penentuan konsentrasi Ca dalam sampel air.
Dari grafik di atas diperoleh persamaan y = 0,006x + 0,002
Oleh karena absorbansi sampel = 0,006, maka [Ca2+] dalam sampel air adalahs A = 0,006.[Ca2+] + 0,002
0,0231 = 0,006.[Ca2+] + 0,002 0,0211 = 0,006.[Ca2+]
[Ca2+] = 3,52 ppm
V.
Pembahasan
Pada percobaan ini ditentukan kepekaan dan daerah konsentrasi tembaga, serta kandungan kalsium dalam sampel air sumur dengan metoda Spektrofotometri Serapan Atom (AAS). Prinsip dari AAS adalah absorpsi cahaya oleh atom dalam sampel. Atom-atom pada sampel tersebut akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu yang karakteristik, bersumber dari unsur yang ingin dianalisis. Pada AAS, digunakan lampu Hollow Katoda yang spesifik terhadap atom yang ingin dianalisis, sehingga pada AAS tidak perlu dilakukan pemisahan terhadap komponen-komponen dalam samperl terlebih dahulu. Komponen alat Spektrofotometer Serapan Atom adalah sebagai berikut. dengan y = 0.0065x + 0.0021 R² = 0.9945 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0 2 4 6 8 10 12 A b sor b an Konsentrasi Ca (ppm)
Kurva Kalibrasi Ca
1: sumber sinar 2: copper 3: nyala 4: monokromator 5: detektor 6: amplifier 7: pencatat
Proses yang terjadi pada AAS adalah sebagai berikut. Sumber sinar dilewatkan melewati copper, kemudian ke nyala yang berisis atom-atom tereksitasi dari sampel. Radiasi diteruskan hingga ke detektor. Sumber sinar AAS merupakan lampu katoda yang ditunjukkan oleh gambar berikut.
Ketika diberikan beda potensial pada kedua elektroda, sebagian gas pengisi tabung di atas akan terionisasi. Bagian gas yang positif akan menumbuk katoda yang bermuatan negatif sehingga katoda melepas atom logam yang kemudian akan tereksitasi ke tingkat energi lebih tinggi pada saat bertumbukan dengan ion-ion gas pengisi. Chopper digunakan untuk membedakan radiasi yang berasal dari sumber radiasi dengan radiasi yang berasal dari nyala. Amplifier berfungsi menguatkan hasil yang diperoleh pada detektor dan pencatat berfungsi menampilkan hasil.
Besarnya kepekaan dapat ditentukan dengan mengetahui nilai gradien yang merupakan tan dari kurva kalibrasi Cu sehingga diperoleh kepekaan Cu sebesar 0,1222. Oleh karena daerah linier berada pada absorbansi 0,2 – 0,8, maka daerah konsentrasi dapat ditentukan dengan mencari konsentrasi Cu pada nilai absorbansi yang berada di sekitar 0,2 – 0,8. Hasi perhitungan menunjukkan daerah linear Cu berada pada 5,4778 – 18,2245 ppm. Dengan mengetahui persamaan garis yang diperoleh dari kurva kalibrasi Ca dan absorbansi sampel, maka konsentrasi Ca dalam sampel dapat ditentukan, yaitu sebesar 3,52 ppm.
Pada percobaan selanjutnya ditunjukkan pengaruh dari penambahan zat lain dalam sampel terhadap nilai absorbansi yang diperoleh. Ketika suatu larutan Ca2+ ditambahkan dengan SO42-, Sr2+, KCl, dan ditambahkan Sr2+ menggunakan nyala
oksidasi, absorbansi menunjukkan kenaikan. Salah satu gangguan yang dapat terjadi pada analisis AAS adalah gangguan ionisasi. Dengan penambahan Sr2+, gangguan
ionisasi yang terjadi dapat diatasi karena Sr2+ akan mereduksi Ca yang terionisasi sehingga diperoleh absorbansi yang lebih besar. Ca2+ dan K+ akan sama-sama mengalami ionisasi. Pada penambahan KCl, banyaknya K+ yang terionisasi akan menghasilkan banyak elektron berdasarkan reaksi berikut.
Ca Ca2+ + e K K+ + e
Elektron yang banyak akan menggeser kesetimbangan reaksi untuk Ca2+ sehingga diperoleh Ca lebih banyak yang mengakibatkan absorbansi meningkat. Sulfat lebih mudah terionisasi sehingga gangguan ionisasi dapat diatasi dan absorbansi meningkat. Untuk senyawa yang mudah tereduksi, jika digunakan nyala reduksi, senyawa tersebut akan mudah tereduksi. Oleh karena Ca2+ mudah tereduksi, maka dengan nyala oksidasi akan mengoksidasi bentuk tereduksi dari Ca sehingga banyak Ca terbentuk dan absorbansi meningkat.
Pada penambahan ion fosfat, matrix Fe, Al3+, dan Sr2+ dengan nyala reduksi menghasilkan absorbansi yang mengecil. Hal ini bisa terjadi dikarenakan ion fosfat bersama Ca2+ akan membentuk garam fosfat yang sukar terurai. Senyawa ini disebut dengan senyawa refraktori. Adanya senyawa refraktori ini akan menyebabkan berkurangnya Ca sehingga absorbansi pun menurun. Ca2+ juga akan berinteraksi dengan matrix Fe sehingga menyebabkan absorbansi menurun. Seperti telah disebutkan di atas, oleh karena Ca mudah tereduksi, maka penggunaan nyala reduksi akan menambah jumlah Ca yang tereduksi sehingga absorbansi menurun.
Keunggulan AAS adalah biaya analisisnya relatif murah, sensitivitas tinggi (ppm-ppb) sehingga limit deteksi rendah, waktu analisis cukup cepat dan mudah dilakukan. Namun kekurangannya adalah banyak gangguan yang mungkin terjadi, seperti gangguan ionisasi, gangguan matrix, serta gangguang refraktori. Adanya gangguan-gangguan ini menyebabkan perlunya ditambahkan senyawa lain untuk dapat mengatasi gangguan tersebut.
VI. Kesimpulan
Kepekaan tembaga adalah 0,1222. Daerah linearnya berada pada 5,4778 – 18,2245 ppm. Kadar kalsium dalam sampel sebesar 3,52 ppm.
VII. Daftar Pustaka
Harvey, David. 1996. Modern Analytical Chemistry. Prentice Hall. Hal 446; 380-384. http://staff.ui.ac.id/internal/130804826/material/ANFISKIMSSAatauAASDr.Harmita.
pdf (2 November 2012; 02.35)
http://catatankimia.com/catatan/tag/spektrofotometer-serapan-atom (2 November 2012; 02.50)
