Spektrofotometri Serapan Atom
I. Tujuan
Menentukan kepekaan dan daerah konsentrasi analisis logam Cu pada panjang gelombang 324.7 nm
Menentukan pengaruh spesi lain, matriks, dan nyala api pada larutan Ca2+ 10 ppm
Menentukan kadar kalsium dalam sampel air.
II. Teori Dasar
Metoda spektrofotometri serapan atom merupakan suatu metoda analisis kuantitatif yang menjadikan serapan atas energi cahaya sebagai parameter utama dalam pengukuran. Sesuai dengan namanya, yang melakukan penyerapan atas energi cahaya ini adalah atom-atom dalam keadaan tingkat energi dasarnya. Oleh karena itu, untuk dapat melakukan pengukuran dengan metoda ini diperlukan suatu proses atomisasi analit dari larutannya. Pengatoman ini dapat dilakukan dengan berbagai cara. Dua mcara atomisasi yang umum digunakan adalah dengan menggunakan nyala dan elektrotermal (David Harvey, 2000). Cara atomisasi yang digunakan dalam percobaan ini adalah dengan menggunakan nyala.
Pengukuran dengan memanfaatkan serapan atas energi cahaya ini menerapkan hukum Lambert-Beer. Hukum Lambert-Beer menyatakan bahwa konsentrasi suatu zat yang menyerap cahaya berbanding lurus dengan serapan yang zat tersebut lakukan. Berikut adalah persamaan yang dikemukakan oleh Lambert-Beer.
A=∈ . b .C
Dengan A merupakan absorbansi, ε merupakan absorptivitas molar, b merupakan panjang jalan sinar, dan C merupakan konsentrasi zat penyerap warna. Biasanya, jika dilakukan pengukuran atas serapan oleh larutan berwarna, b merupakan nilai lebarnya kuvet. Berbeda dengan hal itu, dalam percobaan ini b merupakan lebarnya celah keluar nyala pada bagian atomizer.
III. Data Pengamatan
1. Penentuan kepekaan analisis Cu
Larutan Konsentrasi (ppm) Absorbansi
1 1 0.0647 2 2 0.1055 3 5 0.3248 4 8 0.3063 5 10 0.4220 6 12 0.5571 7 15 0.7060
8 20 0.8695
9 30 1.2462
Sampel 1 0 0
Sampel 2 0.149 0.0084
2. Gangguan aluminium dan analisis kalsium
Larutan Konsentrasi (ppm) Absorbansi
Ca2+ 10 0.0002 Ca2+ + SO 42- 10; 100 0.1310 Ca2+ + Sr2+ 10; 5000 0.1262 Ca2+ + SO 42- + Sr2+ 10; 100; 5000 0.0788 Ca2+ + Al3+ 10; 100 0.1015 Ca2+ + Al3+ + Sr2+ 10; 100; 5000 0.0700 Ca2+ + KCl 10; 100 0.0800 Ca2+ + KCl + Sr2+ 10; 100; 5000 0.0150 Ca2+ + Sr2+ + matriks Fe 10; 5000 0.0644 Ca2+ + Sr2+ nyala reduksi 10; 5000 0.1066 Ca2+ + Sr2+ nyala oksidasi 10; 5000 0.0758 Ca2+ tinggi api “5” 10 0.0739 Ca2+ tinggi api “9” 10 0.0731
3. Penentuan kadar kalsium dalam sampel
Larutan konsentrasi (ppm) Absorbansi
1 2 0.0181 2 4 0.0311 3 6 0.0420 4 8 0.0604 5 10 0.0737 Sampel 0.1093
IV. Pengolahan Data
1. Penentuan kepekaan analisis Cu
Dialurkan kurva konsentrasi standar Cu terhadap absorbansi dan didapatkan hasil sebagai berikut:
0 5 10 15 20 25 30 35 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 f(x) = 0.04x + 0.04 R² = 0.99
Kurva Kepekaan Analisis Cu
Konsentrasi (ppm) Absorbansi
kepekaan
(
S )=
0.0044
tg α
=
0.0044
0.0409
=0.107
Daerah konsentrasi akan ditentukan dengan memasukkan nilai
y=0.2
dany=0.8
sehingga didapatkan untuky=0.2
0.2=0.0409 x +0.0438x=3.82 ppm
untuk y=0.8
0.8=0.0409 x +0.0438
x=18.49 ppm
2. Gangguan terhadap perbedaan nilai Absorbansi
Larutan Konsentrasi (ppm) Absorbansi
Ca2+ 10 0.0002 Ca2+ + SO 42- 10; 100 0.1310 Ca2+ + Sr2+ 10; 5000 0.1262 Ca2+ + SO 42- + Sr2+ 10; 100; 5000 0.0788 Ca2+ + Al3+ 10; 100 0.1015 Ca2+ + Al3+ + Sr2+ 10; 100; 5000 0.0700 Ca2+ + KCl 10; 100 0.0800 Ca2+ + KCl + Sr2+ 10; 100; 5000 0.0150 Ca2+ + Sr2+ + matriks Fe 10; 5000 0.0644 Ca2+ + Sr2+ nyala 10; 5000 0.1066
reduksi Ca2+ + Sr2+ nyala oksidasi 10; 5000 0.0758 Ca2+ tinggi api “5” 10 0.0739 Ca2+ tinggi api “9” 10 0.0731 1 2 3 4 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14
Gangguan terhadap perbedaan A
Axis Title Axis Title
3. Penentuan kadar kalsium dalam sampel
Dialurkan kurva konsentrasi Ca2+ terhadap absorbansi dan
didapatkan hasil sebagai berikut:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 f(x) = 0.01x + 0 R² = 0.99
Kurva Analisis Ca2+
Konsentrasi (ppm) Absorbansi
Dari kurva diatas didapatkan persamaan garis
y=0.007 x +0.0029
diketahui untuk sampel, y = 0.1093 maka0.1093=0.007 x +0.0029
x=15.2 ppm
Konsentrasi ini didapat dari pengenceran hingga 100 mL. Kadar Ca2+ dalam sampel
2+
¿
Ca
¿¿
¿
V. PembahasanPada penentuan kepekaan analisis Cu2+, didapatkan bahwa dengan
mengalurkan kurva serapan terhadap standar pada panjang gelombang 324.7 nm didapatkan grafik yang cukup linier. Kelinieran ini dapat ditinjau berdasarkan nilai R2 kurva yang mencapai 0.9868. Kelinieran maksimum
suatu kurva adalah 1, sehingga kelinieran kurva yang didapatkan dari hasil eksperimen menunjukkan kepekaan analisis Cu2+ pada standar sangat
baik dan dapat mendeteksi standar dengan konsentrasi yang cukup rendah yaitu hingga 1 ppm. Kepekaan analisis Cu2+ adalah 0.107 serta
daerah konsentrasi sebesar 3.82 ppm hingga 18.49 ppm.
Pada percobaan penentuan pengaruh gangguan pada larutan Ca2+,
gangguan yang digunakan adalah penambahan anion dan penambahan kation lainnya. Dalam percobaan ini digunakan larutan Ca2+ 10 ppm
sebagai pembanding. Pada larutan yang mengandung SO42- secara teori
seharusnya terjadi penurunan absorpsi karena kelarutan CaSO4 di dalam
air cukup rendah, sehingga di dalam larutan akan terbentuk endapan CaSO4. Dengan terbentuknya endapan maka jumlah Ca2+ di dalam larutan
akan berkurang dan jumlah atom Ca yang dihasilkan dari atomisasi pun akan berkurang sehingga serapan oleh atom Ca akan berkurang. Dari hasil percobaan didapatkan untuk larutan 2 serapan justru meningkat. Kesalahan yang mungkin terjadi adalah pada saat pengenceran. Untuk larutan 3 terdapat spesi Sr2+ yang merupakan ion suppressor. Ion
suppressor adalah suatu spesi yang lebih mudah terionisasi jika dibandingkan dengan analit. Dengan kemudahannya untuk terionisasi, Sr2+ akan menghasilkan elektron yang kemudian akan bereaksi dengan
spesi Ca2+ yang terionisasi akibat pembakaran sehingga kesalahan
perhitungan akibat berkurangnya jumlah analit dapat diatasi. Pada larutan ke-4 yaitu larutan yang mengandung spesi Sr2+ dan SO
42-, secara teori
karena Sr2+ selain berfungsi sebagai ion surpressor juga berfungsi sebagai
releasing agent, yaitu spesi yang beraksi lebih baik terhadap spesi pengganggu dibandingkan analit. Dari literature didapatkan bahwa ksp SrSO4 sebesar 3.44 x 10-7 dan ksp CaSO4 sebesar 4.93x10-5. Pada larutan
ke-5, spesi Al3+ merupakan interferen terhadap pengukuran konsentrasi
Ca2+ karena dengan adanya spesi tersebut, absorbansi Ca2+ berkurang
cukup drastis. Dengan adanya Sr2+ pada larutan ke-6 maka pengaruh Al3+
sebagai interferen dapat dikurangi. Larutan KCl meningkatkan absorbansi karena K+ di dalam KCl juga dapat berperan sebagai ion surpressor. Hal ini
dapat dilihat pada larutan ke-7 dan ke-8 dan membandingkannya dengan larutan ke-1 dan ke-3. Larutan ke-9 yang memiliki matriks Fe mengalami pengurangan absorbansi. Hal ini disebabkan adanya interaksi antara analit dengan Fe, yang menyebabkan analit tidak lagi menyerap panjang gelombang sekuat sebelumnya. Selanjutnya untuk larutan ke-10 yang diatur adalah nyala pembakarannya. Nyala reduksi adalah nyala yang tidak mengakibatkan Ca2+ bereaksi dengan Oksigen, karena bahan bakar
yang digunakan pada nyala reduksi adalah N2O dan asetilen. Hal ini
diketahui karena pada saat pembakaran suhu nyala diatur lebih tinggi dibandingkan suhu pembakaran sebelumnya. Hasilnya adalah absorbansi untuk larutan ini menjadi tinggi. Untuk larutan ke-10 digunakan nyala oksidasi, dimana pembakaran dilakukan dengan bahan bakar oksigen sehingga terdapat kemungkinan terjadi pembentukan CaO yang mengurangi absorbansi Ca2+. Hal ini dapat dibuktikan dengan suhu nyala
yang lebih rendah dibandingkan atomisasi larutan sebelumnya dan absorbansi yang dihasilkan pun sangat rendah.
Aplikasi metode AAS sudah banyak berkembang di berbagai bidang dan disiplin ilmu, misalnya digunakan dalam penentuan kadar timah dalam makanan kaleng, penentuan kadar timbal dalam urin, penentuan kadar selenium dalam serum darah manusia, dan dapat digunakan untuk analisis wine.
Pada penentuan kadar Ca2+ digunakan metode standar eksternal
dengan beberapa standar. Dengan mengalurkan konsentrasi analit di dalam sampel terhadap kurva kalibrasi yang sebelumnya telah dibuat dari kurva standar didapatkan bahwa konsentrasi Ca2+ di dalam sampel
sebesar 18.44 ppm. Penambahan Sr2+ sekali lagi dilakukan karena
peranannya sebagai ion suppressor sehingga tidak terjadi gangguan kimia akibat analit yang terionisasi pada saat pembakaran.
VI. Simpulan
Kepekaan analisis Cu2+ adalah 0.107
Daerah konsentrasi Cu2+ 3.82-18.49 ppm
Pengaruh SO42- : Interferent
Pengaruh Sr2+ : Ion suppressor dan releasing agent
Pengaruh Al3+ : Interferent
Pengaruh KCl : Ion suppressor
Pengaruh matriks Fe : menyebabkan gangguan matriks karena berinteraksi Ca2+
Pengaruh nyala reduksi : meningkatkan absorbansi
Pengaruh nyala oksidasi : Membentuk oksida, mengurangi absorbansi
Konsentrasi Ca2+ sampel sebesar 60.8 ppm
VII. Daftar Pustaka
A. S., Douglas. 1998. Principles of Instrumental Analysis. United States of America: Saunders College Publishing. halaman 206
G.H., Jeffery. 1989. Vogel’s: Textbook of Quantitative Chemical Analysis. New York: Longman Group. halaman 783
H., David. 2000. Modern Analytical Chemistry. United States of America: McGraw-Hill. halaman 412