SPEKTROMETRI SERAPAN ATOM
(Atomic Absorption Spectrometry, AAS)
Oleh : Dr. Mohammad Masykuri, M.Si.
Dosen Program Studi Pendidikan Sains FKIP UNS email : [email protected]
Instrumentasi Dasar
Atomic Absorption Spectroscopy
Atomic spectroscopy is based on:
Absorption
Emission
Fluorescence
DEFINISI
Atomic Absorption Spectrometry (AAS) adalah:
Suatu teknik atau metode analisis kimia untuk menentukan kadar unsur-unsur metal dan semi metal yang terdapat di dalam sampel yang didasarkan pada absorbansi dari uap atom
Background Information
AAS – most widely used method for determination of single elements in analytical samples for nearly half a century
Sir Alan Walsh et al. developed AAS throughout the 1950’s
Chemists were slow to adopt the technology
Perkin-Elmer was the first American company to manufacture AAS equipment
Applications of AAS
Drinking water analysis (EPA certified method)
Clinical use in determination of trace elements in blood serum
Trace elements:
Lubricating oils
Food analyses
Analysis of cosmetics
Analysis of hair
General Information
Destructive technique
Very small sample size, though (~10 mg)
Measurements made for each element of interest
Slow process if multiple elements, but sensitive
Can measure to ppb of even trace elements
INSTRUMENTASI
Bagian Utama AAS:
Sumber sinar
Sistem pengatoman
Monokromator: memilih spektra yang dikehendaki
Detektor: mengukur intensitas sinar
Sistem pembacaan: menampilkan angka atau gambar hasil pengukuran
Source (Sumber Sinar)
Hollow Cathode Lamp
Electrodeless Discharge Lamps
Hollow Cathode Lamp
Tungsten anode
Element specific cathode
Sealed tube with inert gas
Quartz window
Sputtering
Line spectrum
Electrodeless Discharge Lamp
Contains
Inert gas (i.e., argon)
Metal or its salt
Energized
Intense field of radio or microwave frequency radiation
Ionization of argon, then excites atoms of
metal
SUMBER SINAR
Untuk menghasilkan sinar dg energi tertentu
Hollow cathode lamp / lampu katoda cekung;
ditemukan oleh Walls (1955):
katoda berbentuk cekung dilapisi logam murni, anoda terbuat dari wolfram
Kedua elektroda berada dlm tabung gelas tertutup yang diisi gas mulia (He, Ne, Ar) pada tekanan rendah (2-3 mmHg atau 1-5 torr)
SISTEM PENGATOMAN
Untuk menghasilkan atom-atom bebas sbg media absorpsi
Jenis pengatoman dalam AAS:
Sistem pengatoman dengan nyala api
Sistem pengatoman dengan tungku grafit
Sistem pengatoman dengan pembentukan hidrida
Sistem pengatoman dengan pembentukan uap dingin
Atomization (Sistem Pengatoman)
Flame
Electrothermal
Graphite furnace
Hydride
As, Sb, Sn, Se, Bi, and Pb
Cold-vapor
Hg (ambient temperature vapor pressure)
SISTEM PENGATOMAN DENGAN NYALA
Menggunakan nyala api untuk mengubah ion dalam larutan menjadi atom bebas
Terdiri dari 2 bagian utama:
Sistem pengabut (nebulizer): mengubah larutan menjadi aerosol halus yang siap untuk dimasukkan ke dalam nyala untuk atomisasi
Sistem pembakar (burner): menghasilkan nyala dari pembakaran gas bakar dengan oksidan
SISTEM PENGATOMAN DENGAN NYALA
1. Pengubahan larutan menjadi aerosol (pada nebulizer)
2. Penguapan pelarut, sehingga terjadi partikel garam padat halus
3. Partikel garam pada suhu tinggi menjadi uap garam (sublimasi)
4. Disosiasi molekul-molekul uap garam menjadi atom-atom netral
Reaksi yang terjadi dalam nyala:
M+X- larutan
M+X- kabut
M X padat
M X gas
M + X gas gas
1 2 3 4
CAMPURAN GAS PEMBAKAR
Oksidan Bahan Bakar Suhu Maksimum (oC)
Udara Asetilen 2250
Nitrous oksida Asetilen 2955
Udara Gas batubara 1825
Udara Propana 1725
Udara Hidrogen 2045
Udara/Argon Hidrogen 1577
Oksigen Gas alam 2740
Oksigen Hidrogen 2677
Oksigen Asetilen 3060
Oksigen/helium Asetilen 2812
Oksigen Cyanogen 4500
Diagram Skematik
Sistem nebulizer-spray chamber-burner
Perbandingan Campuran Gas Pembakar
Nyala udara-asetilen:
Nyala nitrous oksida-asetilen:
Temperatur nyala lebih rendah mendorong terbentuknya atom netral
Kaya bahan bakar (asetilen) meminimalkan terbentuknya oksida
Temperatur nyala lebih tinggi
Untuk unsur yang mudah membentuk oksida dan sukar terurai, misal: Al, B, Mo, Si, Sn, Ti, V, W
SISTEM PENGATOMAN DENGAN TUNGKU GRAFIT
Temperatur yang terjadi dapat dimonitor
Tidak perlu gas pembakar
Sampel jauh lebih sedikit
Kepekaan lebih baik (0,01 ppm)
Keuntungan:
SISTEM PENGATOMAN DENGAN PEMBENTUKAN HIDRIDA
Hanya dapat diterapkan pada unsur yang dapat membentuk hidrida
Senyawa hidrida membentuk uap dan menyerap sinar
dari hollow cathode lamp
SISTEM PENGATOMAN DENGAN PEMBENTUKAN UAP DINGIN
Untuk unsur raksa (Hg), karena pada suhu relatif rendah ( 560 oC) Hg sudah dalam bentuk uap
Caranya: sampel Hg dipanaskan sampai menguap,
uap air pengganggu diserap, uap Hg dimasukkan
dalam suatu sel dan dibaca serapannya
Optical Components
Source to sample: Chopper
Sample to detector: Monochromator
INTERFERENSI (Gangguan)
Jika dalam atomizer terdapat spesies lain yang menyerap radiasi pada panjang gelombang yang overlap/sangat dekat dg daerah serapan analat shg pemisahan dg monokromator tdk dimungkinkan
Jarang terjadi karena lampu hollow cathode sdh memiliki range panjang glb yang sangat sempit Spektral
Spektral
Kimia Kimia
Fisika Fisika
Perbedaan sifat fisika larutan (homogenitas sampel, perbedaan viskositas, tegangan muka, dll)
Terbentuknya partikulat: menghamburkan cahaya shg menurunkan intensitas radiasi
Interferensi Kimia
Gangguan ionisasi:
Pembentukan senyawa refraktori:
Unsur tertentu dapat terionisasi dlm nyala (menjadi ion positif)
Solusi: menambahkan unsur lain (alkali dan alkali tanah) yang memiliki Energi ionisasi lebih rendah (misal: K atau Na)
reaksi logam dg anion tertentu membentuk senyawa yg stabil terhadap panas, misal:
Ca + fosfat Ca3(PO4)2 atau Ca2P2O7 (kalsium pirofosfat)
Al, Ti, Mo, V + O atau OH oksida/hidroksida tahan panas
Solusi-nya bagaimana???
Solusi-nya
bagaimana???
MENGATASI GANGGUAN KIMIA
menambahkan releasing agent (unsur
pembebas), misal lantanum (La) atau EDTA :
Ca + EDTA Ca-EDTA (tdk refractory)
La + fosfat La- fosfat (Ca menjadi bebas dari fosfat)
Kurva Kalibrasi Standard
Types of AA Spectrophotometers
Single Beam
Double Beam
References
Anonim, 1982, Analytical Methods for Atomic Absorption Spectrophotometry, Perkin Elmer, Nonvalk, Connecticut, USA.
Christian, G.D.,1994, Analytical Chemistry, 5th ed., John Wiley and Sons, Inc., New York, pp. 462-484.
Christian, G.D. and O'Reilly, J.E., 1986, Instrumental
Analysis, 2nd ed., Allyn and Bacon, Inc., Boston, pp. 278- 315.
Skoog, D.A., 1985, Principles of Instrumental Analysis, 3rd ed., Saunders College Publ., Philadelphia, pp. 251-286.
Sumar Hendayana, 2002. Kimia Instrumen.
Online
http://www.chem.usu.edu/~sbialkow/Classes/565/AA.html
http://0-ejournals.ebsco.com.wncln.wncln.org/Journal2.asp?J ournalID=103021&Show=103021_37
http://0-www.sciencedirect.com.wncln.wncln.org/science?_
ob=JournalURL&_cdi=5698&_auth=y&_acct=C000033083&_versio n=1&_urlVersion=0&_userid=628622&md5=1f7d1715223d0366878 2ea7d069e7e2e
http://0-www.sciencedirect.com.wncln.wncln.org/science?_
ob=JournalURL&_cdi=5287&_auth=y&_acct=C000033083&_versio n=1&_urlVersion=0&_userid=628622&md5=068946d1c936f48309d 154300af7d6df
http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_absorption_spectroscopy
