ANALISIS INSTRUMEN I ATOMIC ABSORPTION SPECTROSCOPY (AAS) Arie BS

(1)

ANALISIS INSTRUMEN

I

ATOMIC ABSORPTION

SPECTROSCOPY

(AAS)

Arie BS

(2)

Analisis Instrumen I

~ Arie BS ~

AAS dan AES

OVERVIEW

Atomic Absorption

Spectroscopy (AAS) adalah

suatu tehnik analisis untuk

menetapkan konsentrasi

suatu unsur (logam) dalam

suatu sampel.

AAS pertama kali

dikembangkan oleh

Sir Alan Walsh pada

tahun 1950

(3)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

OVERVIEW

Proses dalam AAS melibatkan 2 langkah, yaitu: 1. Atomisasi sampel

2. Absorpsi radiasi dari sumber sinar oleh atom bebas.

• Sampel, biasanya berupa cairan atau padatan, terlebih dahulu diubah menjadi atom lebih dulu, oleh perangkat atomisasi

(berupa nyala atau tungku grafit).

• Selama proses absorpsi sinar UV-Vis, atom bebas akan mengalami transisi elektronik dari ground state ke exited stated.

• Banyaknya atom yang mengalami transisi elektronik

bergantung pada temperatur, dirumuskan dalam Persamaan Boltzmann:

(4)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

OVERVIEW

(5)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

OVERVIEW

• Specific • Sensitivity

• Low Cost Analysis • Low Capital Cost (?)

• Can Analyze Many Samples in Short Time for Screening of a Single Analyte Metal.

Keuntungan AAS:

• Single Element at a Time.

• Requires more Set-up time between Elements.

• Not the preferred method for screening samples for numerous elemental content

(6)

ABSORPSI VS EMISI

~ Arie BS ~

AAS dan AES

Pengukuran spektroskopik secara umum dibedakan dalam 2 golongan: absorpsi dan emisi

Transisi elektronik terjadi bila suatu elektron berpindah dari tingkat energi satu ke tingkat energi yang lain.

ABSORPSI

Jika elektron menyerap (mengabsorpsi) foton sehingga elektron berpindah dari orbital dengan tingkat energi rendah ke tingkat energi tinggi.

EMISI

Jika elektron berpindah dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi rendah sehingga foton dipancarkan sebanding dengan perbedaan tingkat energi tsb.

(7)

EMISI ABSORPSI Analisis Instrumen I ~ Arie BS ~

AAS dan AES

(8)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(9)

• Atomic spectra: single external electron

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(10)

Single-Beam Atomic Absorption Spectrometer Double-Beam Atomic Absorption Spectrometer Analisis Instrumen I ~ Arie BS ~

AAS dan AES

INSTRUMENTASI

AAS terdiri dari 5 komponen utama.

(11)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

INSTRUMENTASI

(12)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

INSTRUMENTASI

(13)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

INSTRUMENTASI

Tungsten Anode _{Analyte Hollow Cathode}

Ne or Ar Glass shield

(14)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(15)

Atomization

• Flame

• Electrothermal

– Graphite furnace

• Hydride

– As, Sb, Sn, Se, Bi, and Pb

• Cold-vapor

– Hg (ambient temperature vapor

pressure)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(16)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(17)

INSTRUMENTASI

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(18)

Nebulization

Nebulization - - Conversion Conversion of the liquid sample

of the liquid sample

to a fine spray.

Desolvation

Desolvation - - Solid atoms Solid atoms are mixed with the

are mixed with the

gaseous fuel.

Volatilization

Volatilization - - Solid atoms Solid atoms are converted to a

are converted to a

vapor in the flame.

There are three types of

particles that exist in the

flame: flame: 1) 1) AtomsAtoms 2) 2) IonsIons 3) 3) MoleculesMolecules Analisis Instrumen I ~ Arie BS ~

AAS dan AES

(19)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(20)

SAMPLE AEROSOL

Nebulizer

FLAME ATOMIZATION

Analisis Instrumen I ~ Arie BS ~

AAS dan AES

(21)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(22)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

FLAME ATOMIZATION

Fuel / Oxidant

Fuel / Oxidant TemperatureTemperature H-C

H-C_C-HC-H acetylene / airacetylene / air 2100 °C – 2400 °C 2100 °C – 2400 °C (most common)(most common) acetylene / N

acetylene / N₂₂OO 2600 °C – 2800 °C2600 °C – 2800 °C acetylene / O

acetylene / O₂₂ 3050 °C – 3150 °C3050 °C – 3150 °C •

• Pemilihan jenis nyala bergantung pada temperatut penguapan atom yang Pemilihan jenis nyala bergantung pada temperatut penguapan atom yang dianalisis.

dianalisis.

Pengaruh ketinggian burner terhadap absorbansi

(23)

Graphite Furnace

•

• Sampel cair dialirkan pada tabung Sampel cair dialirkan pada tabung

silindris grafit yang dilapisi bahan yang

mencegah sampel terserap pada tabung.

Step

Step TemperatureTemperature Time Time Drying Drying 50° - 150°C50° - 150°C ~ 60 s ~ 60 s Ashing Ashing 150° - 600°C150° - 600°C ~ 60 s ~ 60 s Atomization Atomization 2000° - 3000°C2000° - 3000°C ~ 5 s ~ 5 s Analisis Instrumen I ~ Arie BS ~

AAS dan AES

(24)

Hydride Generation AAS (HGAAS)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(25)

• Flame lebih sederhana

• Furnace lebih sensitif

• Furnace memiliki lebih banyak interferensi

• Furnace lebih sedikit membutuhkan

sampel

• Perangkat Furnace lebih mahal

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(26)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

PERBANDINGAN FLAME DAN FURNACE AAS

• Accuracy:

– Relative error of flame AA is ~1–2%

– Can be lowered with special precautions

– Electrothermal atomization has 5–10 times higher

error than flame AA

Element AAS Flame AAS Electrothermal

Al 30 0.005 As 100 0.02 Ca 1 0.02 Cd 1 0.0001 Cr 3 0.01 Cu 2 0.002 Fe 5 0.005 Hg 500 0.1 Mg 0.1 0.00002 Mn 2 0.0002 Mo 30 0.005 Na 2 0.0002 Ni 5 0.02 Pb 10 0.002 Sn 20 0.1 V 20 0.1 Zn 2 0.00005 Limit deteksi (ng/mL)

(27)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(28)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

INSTRUMENTASI

Dengan mengubah sudut grating akan menghasilkan fokus pada panjang gelombang yang berbeda.

(29)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

INSTRUMENTASI

Pemilihan panjang gelombang bergantung pada:

- Unsur yang dianalisis

- Sensitivitas

(30)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(31)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

(32)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

APLIKASI

Preparasi Sampel

Timbang ± 2,5 g sampel, masukkan ke dalam gelas beker. Tambahkan 25 mL HNO₃ pekat, tutup dengan gelas arloji, didihkan selama 30 – 45 menit untuk mengoksidasi senyawa organik. Dinginkan larutan secara perlahan, tambahkan 10 mL HClO₄ 70%. Didihkan kembali hingga larutan menjadi jernih.

Timbang ± 2,5 g sampel, masukkan ke dalam porselin. Panaskan dalam oven hingga suhu 550o_{C selama 4}

jam. Dinginkan, tambahkan 10 mL HCl 3 N. Tutup dengan gelas arloji, didihkan selama 10 menit.

Dinginkan, saring dan masukkan ke dalam labu takar 100 mL, encerkan hingga batas dengan air bebas ion.

CARA BASAH

(33)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

APLIKASI

Metode Seri Standar (Standar eksternal)

1. Ukur absorbansi dari seri larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya.

2. Buat kurva hubungan antara absorbansi versus konsentrasi (Kurva Kalibrasi).

3. Dengan metode analisis regresi linier, turunkan persamaan regresi linier, y = mx + c

Hasil plotting ke persamaan regresi: Konsentrasi Cr = 3,45 ppm

(34)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

APLIKASI

Metode Adisi Standar

1. Siapka dua buah larutan sampel yang identik.

2. Tambahkan sejumlah volume tertentu larutan standar pada salah satu larutan sampel.

3. Ukur absorbansi masing-masing larutan.

(35)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

APLIKASI

Kegunaan AAS: 1. Analisis Klinik 2. Analisis Lingkungan 3. Farmasi 4. Industri 5. Pertambangan

Analisis logam dalam cairan biologis (darah, urine) Monitoring lingkungan, memantau berbagai

undur di sungai, perairan laut, air minum, udara, minyak, dan minuman (anggur/wine, bir, jus buah)

Dalam proses industri sering digunakan katalis (biasanya logam), yang seringkali terikut dalam produk akhir. Dengan AAS, unsur tsb dapat ditetapkan.

Melakukan pengecekan apakah bahan baku mengandung logam berat yang bersifat

toksik.

(36)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

INTERFERENSI DALAM AAS

• Ada 2 jenis interferensi yang terjadi dalam AAS:

A) Spectral Interferences B) Chemical Interferences

• Sources of Spectral Interference A. Spectral Interferences

• garis emisi dari spesies lain overlap/sangat dekat dengan garis absorpsi analit, sehingga pemisahan dengan monokromator sulit dilakukan.

1. Overlapping AA or AE lines

• Jenis interferensi ini jarang terjadi.

• Selisih antar garis spektra harus < 0.01 nm untuk bisa menimbulkan interferensi ini.

• Dapat diatasi dengan metode adisi standar.

2.

2. Background interference

• Background interference menghsilkan peningkatan sinyal output.

• Disebabkan oleh scattering sumber sinar atau adanya absorpsi molekular.

• Background correction digunakan untuk mengeliminasi interferensi jenis ini.

(37)

1. Pembentukan senyawa dengan volatilitas rendah

B. Chemical interferences

• Anion yg terdapat dalam flame atau furnace dapat mebentuk senyawa dengan volatilitas rendah dengan kation analit.

• metode yg biasa digunakan untuk mengatasi masalah ini adalah dengan menambahkan release agents atau protective agents pada matriks sampel.

Release Agent

Release Agent - bereaksi dengan zat yang menyebabkan interferensi dalam

-matriks sampel.

Protective Agent

Protective Agent - bereaksi dengan analit tetapi menghasilkan senyawa

-volatil.

~ Arie BS ~

AAS dan AES

INTERFERENSI DALAM AAS

Hasil dari berbagai proses yang terjadi selama

atomisasi result from various processes occurring during atomization yang mengubah karakteristik absorpsi analit.

(38)

2. Kesetimbangan dissosiasi

• melibatkan pembentukan dan dissosiasi senyawa oksida logam dasi sampel.

•

• Contoh:Contoh: MO MO _M + OM + O M(OH)

M(OH)₂₂ _M + 2OHM + 2OH

• Pergeseran kesetimbangan ke arah oksida logam akan menghasilkan penurunan absorpsi radiasi oleh analit logam.

• Proses ini sangat tergantung pada kondisi nyala (bahan bakar, temperatur nyala)

~ Arie BS ~

AAS dan AES

INTERFERENSI DALAM AAS

(39)

3. Ionisasi

C. Chemical interferences

• Pembentukan ion logam (kation) dalam nyala.

• Ionisasi logam akan menyebabkan peningkatan temperatur.

• dapat diminimalkan dengan penambahan ionization suppressant pada matriks sampel yg akan menghasilkan konsentrasi elektron tinggi dalam nyala yg dapat menekan pembentukan ion logam.

~ Arie BS ~