ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
PENCEMBANCAN METODE ANALISIS MENCCUNAKAN"
ALAT ICP AES PLASMA 40
UNTUK
PENENTUAN UNSUR
AS
DAN Sb
Arif Nugroho, Hendro Wahyono, S. Fatimah
Abstrak
PENGEMBANGAN METODE ANALISiS iviENGGUi-.JAKAN ALA T ICP AES PLASMA 40 DENGAN MENGALIRKAN GAS N2 TELAH DILAKUKAN UNTUK PENENTUAN UNSUR As DAN Sb. Pengembangan metode ini digunakan untuk menganalisa unsur yang mempunyai panjang gelombang sekitar 200 nm atau lebih kecil dari 200 nm. Aliran gas N2 digunakan untuk menghilangkan pengaruh udara yang ada didalam sistem optik. Pada penelitian ini dibuat variasi tekanan aliran gas N2 digunakan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang baik dan diduga dengan besarnya tekanan aliran gas N2 akan mempengaruhi kinerja alat khususnya pada system optiknya. Tahapan pengujian meliputi konfirmasi identitas, limit deteksi, standar linieritas, presisi dengan uji ripitabilitas dan akurasi dengan pengukuran bahan standar yang memiliki konsentrasi pada daerah linier. Konfjrmasi identitas dilakukan untuk mendapatkan bentuk spektrum yang baik dan ketepatan pengukuran pad a panjang gelombangnya. Limit deteksi dihitung dengan cara melakukan pengukuran intensitas setiap unsur sebanyak 7 (tujuh) kali dalam larutan blangko. Linieritas standard dilakukan dengan cara mengukur intensitas larutan standard untuk setiap konsentrasi yang berbeda. Ripitabilitas dilakukan dengan cara melakukan pengukuran ulang terhadap salah satu standar selanjutnya dihitung nilai chi square pada tingkat kepercayaan yang digunakan. Hasil penelitian yang baik diperoleh pada aliran gas N2 dengan tekanan 20 psi pada panjang gelombang untuk: As pada A 193,759 nm, Sb pada A 206,833 nm. Limit deteksi unsur As 1,2844 ppm, untuk unsur Sb 1,0785 ppm. Linieritas standar unsur As diperoleh mulai dari konsentrasi 1,2844 ppm, sedangkan untuk unsur Sb mulai dari konsentrasi 1,0785 ppm. Ripitabilitas untuk setiap unsur As dan Sb masuk dalam range tingkat kepercayaan 95%, hal ini didasarkan pada keberterimaan nilai chi square yang diperoleh. Sedangkan akurasi untuk As sebesar 97,81 % dan unsur Sb sebesar 96,49 %. Dengan hasil analisis yang diperoleh dapat dinyatakan bahwa adanya pengaliran gas N2 pada sistem optik dapat menaikkan kinerja alat, hal ini dapat ditunjukkan
dengan perolehan limit deteksi yang lebih kecil dibanding tanpa gas N2. Pengembangan metode analisis ini valid untuk konsentrasi diatas 1 ppm.
PENDAHULUAN
Int;Judlvely COUplA Plasma - Atomic Emission Spectrometry (ICP AES) Plasma 40 merupakan alat untuk analisa unsur-unsur logam dalam suatu bahi:m. Bahan yang akan dianalisa harus berwujud larutan yang homogen. Ada sekitar 80 unsur yang dapat dianalisa dengan menggunakan alat ini. Kelebihan alat ini adalah sangat selektif dan dapat digunakan untuk mengukur beberapa unsur sekaligus dalam setiap pengukuran[1], tetapi dengan
semakin banyak permintaan pengukuran ternyata alat ini mempunyai kelemahan yaitu kurang sensitif terhadap pengukuran unsur yang mempunyai panjang gelombang dibawah 200 nm. Keterbatasan pengukuran tersebut ditunjukkan dengan nilai limit deteksi yang diperoleh. Pad a penelitian sebelumnya tanpa menggunakan asupan gas N2 diperoleh limit deteksi 2,4370 ppm untuk As dan 3,8625 ppm untuk unsur Sb. Sehingga untuk ii1e~gukur konsentrasi sampel yang lebih rendah tidak bisa
dilakukan. Menurut petunjuk pengoperasian alat ICP AES Plasma
40
dan Annual Book of ASTM Standards[2] ada cara untuk mengatasi· hambatan ini antara lain dengan cara pengaliran gas N2 pada sistem optik. Gas N2 digunakan untuk mengurangi kelembaban dan menghi-langkan pengaruh udara atmosfir di sistem optik sehingga diharapkan dapat meningkatkan sensitivitas sinar yang dihasilkan dari unsur yang mempunyai panjang gelombang dibawah 200 nm (dekat daerah Ultra Violet) dapat dideteksi dengan baik[3] dan menurunkan limit deteksi pengukuran. Pada penelitian ini akan dipelajari pengembangan metode analisis menggunakan alat ICP AES Plasma40
dengan mengalirkan gas N2 pada system optik, pengujian yang dilakukan meliputi: konfirmasi identitas, limit deteksi, linieritas standar, presisi dan akurasi dengan pengukuran bahan standar yang memiliki konsentrasi pada daerah linie~4]. Pengujian-pengujian diatas perlu dilakukan selain dapat meningkatkan unjuk kerja alat dan kualitas personil juga dapat meningkatkan kepercayaan terhadap hasil pengukuran.Prinsip Kerja alat ICP AES Plasma
40
Prinsip umum pad a pengukuran ini adalah mengukur intensitas energi/radiasi yang dipancarkan oleh unsur-unsur yang mengalami perubahan tingkat energi atom (eksitasi atau ionisasi) [1]. Larutan sampel dihisap dan dialirkan melalui capilarry tube ke Nebulizer. Nebulizer merubah larutan sampel kebentuk aerosol yang kemudian diinjeksikan oleh ICP. Pada temperatur plasma, sampel-sampel akan teratomisasi dan tereksitasi. Atom yang tereksitasi akan kembali ke keadaan awal (ground state) sambil memancarkan sinar radiasi. Sinar radiasi ini didispersi oleh komponen optik. Sinar yang terdispersi, secara berurutan rY1uncul pad a masing-masing panjang gelombang unsur dan dirubah dalam bentuk sinyal listrik yang besarnya sebanding dengan sinar yang dipancarkan oleh besarnya konsentrasi unsur. Sinyal listrik ini kemudian diproses oleh sistem pengolah data [3J.
202
Metodelogi Kegiatan A.Bahan
Pada penelitian ini digunakan bahan-bahan antara lain: larutan standar As, Sb bersertifikat (produksi SPEX), gas Ar HP, gas N2HP, HN03dan aquadest.
B. Peralatan
Alat yang digunakan adalah ICP AES Plasma 40 dengan merk Perkin Elmer dan beberapa peralatan gelas untuk melakukan preparasi.
C. Tahapan Kerja
1.
Persiapan sam pelDibuat larutan standar As dan Sb pad a berbagai konsentrasi dengan cara mengencer~ar1 larutan standar induk As dan Sb menggunakan larutan HN03 1,5 %. sebagai blangko dipakai larutan HN03 1,5%.
2.
Pelaksanaan Penelitian- Sebelum dilakukan pengukuran terhadap larutan standar maka perlu menyiapkan kondisi operasi eksternal diantaranya suhu ruangan berkisar antara 18-20 DC dan exhaust ruangan berfungsi dengan baik.
Pengembangan metode analisis dilakukan dengan melakukan pengukuran larutan standar As dan Sb pada berbagai konsentrasi dengan tekanan aliran gas N2 yang berbeda yaitu 5, 10 dan 20 psi. Pengujian untuk setiap tekanan aliran gas N2 meliputi: konfirmasi identitas, limit deteksi, linieritas standar, presisi dan akurasi dengan pengukuran bahan standar yano memiliki konsentrasi pad a daerah linier. Konfirmasi identitas dilakukan dengan melakukan pengukuran sample standar pada konsentrasi optimum berdasm buku petunjuk alat, limit deteksi dan linieritas standar dilakukan . dengan
Tabel 1. Hubungan tekanan dengan nilai limit deteksi dan koefisien linier regresi
melakukan pengukuran sam pel blangko dan standar pad a berbagai macam konsentrasi masing-masing sebanyak 7 (tujuh) kali pengulangan, selanjutnya besaran presisi dan akurasi diperoleh dari pengukuran sampel standar yang memiliki konsentrasi pada daerah linier sebanyak 7 (tujuh) kali pengukuran dan dihitung nilai chi square pada tingkat kepercayaan 95
%.
-Tekana Limit deteksiKoefisien linier
gas N2 (ppm)regresi (R2) (psi) As Sb As Sb 5 1,70910,99520,98432,6317 10 1,56230,99410,99551,4573 20 1,28440,99980,99251,0785
Dari Tabel 1 terlihat bahwa dengan semakin besar tekanan gas N2yang digunakan diperoleh nilai limit deteksi pengukuran yang semakin kecil, hal ini dapat dikatakan bahwa gas N2 berfungsi menghilangkan pengaruh udara atmosfir dilingkungan sistem optik se-hingga sinar yang dihasilkan dapat ditangkap lebih jelas oleh optik. Fenomena ini men un-jukkan bahwa adanya gas N2dapat
memper-besar ketajaman pengukuran dan meningkat-kan sensitifitas pengukuran.
Standar linieritas ditentukan dari pengu-kuran sam pel unsur untuk tiap konsentrasi yang berbeda, dimana pengukuran dilakukan pada konsentrasi rendah
(±
0,2 ppm) sampai dengan konsentrasi yang tinggi (± 100 ppm). Kon-sentrasi tertinggi dibatasi sampai dengan 100 ppm dikarenakan untuk menghindari kejenuhan selang pipa masukan pada alat. Pad a Tabel 1 terlihat bahwa koefisien regresi dari persamaan linier sekitar 0,9843 hingga 0,9998. Dari pustaka diperoleh bahwa bila mana nilai koefisien regresi yang diperoleh lebih besar dari 0,98, hal tersebut menunjukkan ketepatan persamaan linier terhadap data ukur cukup baik[5J.Presisi dan akurasi
Presisi pengukuran ditunjukkan dengan melakukan uji ripitabilitas. Ripitabilitas pengukur-an dilakukpengukur-an dengpengukur-an mengukur sample stpengukur-andar yang memiliki konsentrasi pada daerah linier. Untuk mengetahui keberterimaan dari hasil yang diperoleh maka dilakukan uji chi square (X2 ), yang dihitung dengan menggunakan rumus:
X2= L( Xi -X rt)2/ Xrt (2)
Pad a umumnya derajat kepercayaan yang diambil untuk pengukuran secara spek-trometri sebesar 95 % [4] . Pada tabel chi square
untuk harga df 6 dan derajat kepercayaan 95 %
diperoleh nilai 12,6 [5]. Syarat keberterimaan berdasarkan chi square adalah nilai X2
pengukuran lebih kecil atau sama dengan nilai yang diperoleh pad a tabel chi square.
Tabel 2. nilai chi square dan akurasi Tekanan Nilai chi squareAkurasi (%) gas N2 As Sb As Sb (psi) 5 0,814389,4093,201,4921 10 4,448596,692,3751 96,49 20 1,050297,811,2756 93,55
Pada Tabel 2 terlihat bahwa nilai chi squre ada dibawah nilai chi square tabel sehingga dikatakan bahwa hasil yang diperoleh dapat diterima.
Akurasi dilakukan dengan mengukur sample standar yang memiliki konsentrasi pada daerah linier, selanjutnya dibandingkan dengan nilai sertifikat. Pada Tabel 2 terlihat bahwa pada tekanan gas N2 20 psi diperoleh nilai akurasi yang tinggi. Nilai akurasi yang tinggi menggambarkan bahwa ketepatan pengukuran.
HASIL DAN PEMBAHASAN Konfirmasi Identitas
Pengukuran sample standar As dan Sb dilakukan pada konsentrasi 100 ppm (sesuai dengan buku petunjuk alat ICP AES Plasma 40) pada ;'=193,759 nm dan untuk As ;'=206,833 nm untuk Sb. Pengukuran ini bertujuan untuk mencari kondisi optimum pengukuran. Pengukuran pada panjang gelombang dan setting latar yang tepat dapat memberikan hasil spektrum yang berbentuk
lancip dan mempunyai koreksi latar yang kecil, sehingga diperoleh hasil pengukuran yang sebenarnya. Gambar spektrum As dan Sb dapat dilihat pada Gambar 1 dan 2.
Gambar 1. Spektrum As
Gambar 2. Spektrum Sb
Limit deteksi dan linieritas standar
Limit deteksi (loD) diperoleh dengan mengukur intensitas blangko sebanyak 7 (tujuh) kali, selanjutnya dikonversi kepersama-an kurva kalibrasi ykepersama-ang merupakkepersama-an hubungan antara konsentrasi dan intensitas. Hasil sentrasi blangko sebanyak 7 data dihitung kon-sentrasi rata-rata (Xrt) dan standar deviasinya (SO). Untuk mengetahui nilai limit deteksi dihitung dengan menggunakan rumus [4]:
loD= Xrt +(3xSD) (1)
Standar linieritas dilakukan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang benar, linieritas dilakukan dengan mengukur intensitas standar pada setiap konsentrasi yang berbeda. Hasil linieritas yang baik ditunjukkan dengan nilai koefisien linier regresi yang mendekati 100 % atau 1. Hasil limit deteksi dan linieritas standar untuk setiap
pengukuran As dan Sb pad a variasi tekanan dapat dilihat pada Tabel1.
KESIMPULAN
Hasil pengembangan metode analisis menggunakan alat ICP AES Plasma 40 untuk penentuan unsur As dan Sb diperoleh hasil yang baik pada aliran gas Nz dengan tekanan 20 psi dengan panjang gelombang untuk: As pad a 1\ 193,759 nm, Sb pada 1\ 206,833 nm. Limit deteksi unsur As 1,2844 ppm, untuk unsur Sb 1,0785 ppm. Standard linieritas unsur As diperoleh mulai dari konsentrasi 1,2844 ppm, untuk unsur Sb mulai dari konsentrasi 1,0785 ppm. Ripitabilitas untuk setiap unsur As dan Sb masuk dalam range tingkat kepercayaan 95%, hal ini didasarkan pada keberterimaan nilai chi square yang diperoleh. Sedangkan akurasi untuk As sebesar 97,81 % dan unsur Sb sebesar 96,49 %. Adanya pengaliran gas Nz pada sistem optik dapat menaikkan kinerja alat, hal ini dapat ditunjukkan dengan perolehan limit deteksi yang lebih kecil dibanding tanpa gas Nz.
Sehingga dapat dikatakan bahwa pengem-bangan metode analisis ini valid untuk konsentrasi diatas 1 ppm.
DAFTAR PUSTAKA
1. MANUAL ICP AES, PHilLIPS PV 8030, Netherland, 1989.
2. ANNUAL BOOK of ASTM STANDARDS, Optical Emission Spectrometric Analysis of Alumunium and Aluminium Alloy by The Point To The Plane Technique, Volume 03.05.1992.
3. SITI AMINI, "Spektrometri Emisi", Pelatihan dan Keahlian Analisis Kimia Bahan Nuklir secara Spektrometri, PUSDIKLAT BATAN, Serpong, 1997.
4. YULIA KANTASUBRATA, "Validasi Metod~", Ketidakpastian Pengukuran Hasil Uji laboratorium, PUSDIKLAT BAT AN , Serpong, 2003.
5. ROBERT L. ANDERSON,"Practical Statistics for Analytical Chemists" Van No"Strand Reinhold Company,New York,1987.
LAMPIRAN
Tabel 3. Data analisa unsur As pada tekanan gas N2 5 psi
Sample Intensitas,keterangany (ppm), x rata-rata Blangka -20;-11 ;-14;-7;-18;-15;-21 -15,1429 (0,0000) R2 = 0,9843 0,2000 -14,1429 Y = 2,7644 x - 4,8250 0,5000 -7,1429 LaD = 1,7091 1,0000 -4,7143 Nilai chi square = 0,8143
5,0000 11,2857 Akurasi = 93,20 % 10,0000 30,7143 20,0000 73 40,0000 119 50,0000 123,2857 60,0000 151,7143 Uji 127; 124; 118; 114; 125; 124; 136124 ripitabilitas (50,0000)
Tabel 4. Data analisa unsur As pada tekanan gas N2 10 psi
I Sample Intensitas, keterangany
(ppm), x rata-rata Blangka -20;-8;-17;-14;-15;-13;-20 -15,2857
.~
(0,0000) R2 = 0,9941 0,2000 -14,1429 Y = 2,7869 x - 6,9455 0,5000 -7,7143 LaD = 1,5623 1,0000I Nilai chi square = 4,4485-4,2857 5.0000 I 12,8571 Akurasi = 96,69 % I I 10.0000i 24,5714 I 20,0000 I 61 I 40,0000 I 111,4286 I 50.0000 , 129,2857 60,0000 M..: .••. 153,1429 Uji 156; 130; 140; 173;173; 139; 151131,7143 i ripitabilitas I (60,0000)
Tabel 5. Data analisa unsur As pada tekanan gas N2 20 psi
Sample Intensitas, keterangany (ppm), x rata-rata Blangka -17;-26;-26;-34;-25;-22;-18 -24 (0,0000) R2 = 0,9998 0,2000 -11,5714 Y= 8,4576 x - 17,6299 0,5000 -10,5714 LaD = 1,2844 1,0000 -7,4286 Nilai chi square = 1,0502
~_." 5,0000 Akurasi = 97,81I % 23,8571 10,0000 70,5714 20,0000 151,2857 40,0000 323,5714 50,0000 397,4286 60,0000 483,1429 100,0000 834,5714 Uji 358;372;424;411 ;392;421 ;394396 ripitabilitas (50,0000)
Tabel 6. Data analisa unsur Sb pada tekanan gas N2 5 psi
Sample Intensitas, yketerangan (ppm), x rata-rata Blangka -15;-8;-18;-18;-3;-23;-18-14,7143 (0,0000) R2 = 0,9952 0,2008 -13,7143 Y= 5,0063 x - 7,2705 0,5020 -7,4286 LaD =2,6317 1,0040 -2,8571 Ni!ai chi square = 1,4921
2,0080 4,2857 Akurasi = 89,40 % 5,0200 18,5714 10,0400 44,8571 50,2000 270,8571 60,2400 311,5714 80,3200 364,8571 Uji 279;274;267;304;276;241 ;268"272,7143 ripitabilitas (50,2000)
Tabel 7. Data analisa unsur Sb pada tekanan gas Nz 10 psi
Sample Intensitas,keterangany
(ppm), x rata-rata Blangka -8;-15;-16;-5;-12;-15;-8-11,2857 (0,0000) RZ = 0,9955 I 0,2008 -6,1429 Y = 5,3058 x - 6,0899 0,5020 -5 LaD = 1,4573 I 1,0040 -3 Nilai chi square = 2,3751
2,0080 5,4286 Akurasi = 96,49 % 5,0200 21,1429 10,0400 43,4286 50,2000 270,7143 60,2400 345,7143 80,3200 289,8571 Uji 292,256,240,265,244,302,283268,8571 ripitabilitas _ (592?'QQ.QL . .
-
..Tabe! 8. Data analisa unsur Sb pada tekanan gas Nz 20 psi
Sample Intensitas,keterangany
(ppm), x rata-rata -Blangka -27;3;-18;-3;-4;-5;-7 -8.7143 (0,0000) RZ = 0,9925 0,1004 -6,4286 Y = 12,0389 x - 8,9848 0,2008 -4,7143 LaD = 1,0785 0,5020 2 Nilai chi square = 1,2756
1,0040 4 Akurasi = 93,55 % 2,0080 15,1429 5,0200 68,2857 10,0400 154,1429 20,0800 305,2857 30,1200 341,8571 60,2400 860,5714 80,32UU I .. 994,7143
---100,4000 -1123,1429
