Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS)

Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS)

AAS sering juga disebut dengan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA), Absorbsi atom adalah spektroskopi atom yang pertama kali dapat diandalkan untuk menganalisa adanya logam dalam sampel yang berasal dari lingkungan.

AAS itu sendiri adalah salah satu instrument untuk mengukur konsentrasi usur pada suatu element yang menggunakan prinsip eksitasi pada atom. Penggunaan AAS ini sekarang cukup popular, ada yang digunakan untuk cek darah dan urin misalnya pada analisis klinis, untuk industri pertambangan, industri kimia, dll

Sesuai dengan namanya ini adalah sebuah instrumen yang menggunakan spektrum cahaya sebagai kompenen utama pengukuran. Prinsipnya adalah serapan spektra cahaya yang dilakukan oleh Atom – atom, ini yang spesialnya. Jadi kalau dibalik bahasanya menjadi : instrumen dengan prinsip serapan cahaya oleh atom-atom.

Sampel SSA adalah larutan (harus larutan) dan instrumen ini sangat spesial untuk pengukuran Logam. jadi sampel adalah logam yang terlarut dalam air.

Jadi  akan menyerap cahaya adalah Logam dalam bentuk Atom. Cara mendapatkanyakan jadi gampang karena air sebagai pelarut sangat mudah diuapkan, komponen lain

kalau ada biasanya senyawa organik atau anion itupun mudah dihilangkan yaitu dengan cara dibakar bila kita membakar suatu campuran (larutan) pada suhu diatas 500 derajat cescius, maka senyawa non logam akan hancur, dan logam akan berubah menjadi atom-atomnya,. Maka dalam SSA tidak ada tempat sampel tapi “ruang bakar”

Hal menarik lain dalam instrumen ini adalah sumber cahaya yang dipakai. Kalau dalam spektrofotometer UV-Vis sumber lampu cukup satu untuk semua sampel, yaitu lampu wolfram untuk wilayah Visible dan Deuterium untuk wilayah UV, sementara dalam SSA lampu yang dipakai namanya “Lampu katoda Berongga” dimana untuk tiap Logam punya lampu sendiri jadi kalau mau mengukur Hg maka harus digunakan lampu katoda berongga Hg. Terpaksa dilakukan seperti ini supaya spektrum yang terpancar memiliki panjang gelombang yang tepat untuk tiap atom yang diukur,  sehingga hasil analisis bisa sangat akurat.

Keistimewaan yang lain dari SSA adalah penempatan monokromator setelah sampel, padahal fungsi monokromator adalah untuk memilih panjang gelombang, berbeda dengan UV-Vis

Lampu yang dipakai adalah khusus atau spesifik artinya lampu hanya memancarkan satu panjang gelombang, tidak perlu lagi dipilih pilih, justru setelah melewati sampel yang berada di ruang bakar panjang gelombang jadi tidak pasti karena namanya ruang bakar pakai api, pasti ada sinar dari api, sinar inilah yang harus disaring, sehingga yang sampai di detektor tetap panjang gelombang yang diinginkan. penentuan kadar sama seperti pada instrumen lain, lebih baik gunakan kurva standar.

Prinsip dasar AAS

AAS bekerja dengan cara mengukur panjang gelombang yang dipancarkan oleh atom. Agar dapat memancarkan energi, maka atom harus dalam keadaan tereksitasi. Pengubahan tingkat atom dari tingkat standar menjadi tingkat eksitasi dilakukan dengan cara memberikan energi pada atom. Energi yang di serap atom membuat electron yang berada pada kulit bagian dalam terlepas, lepasnya electron pada kulit bagian dalam menyebakan electron yang berada di luar menempati posisi kosong di kulit bagian dalam, sehingga atom akan memancarkan energi dengan panjang gelombang sesuai dengan karakteristikny. Setiap atom dari setiap unsur memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda sesuai dengan karakteristiknya.

Spektrofotometer serapan atom (AAS) merupakan teknik analisis kuantitafif dari unsur-unsur yang pemakainnya sangat luas di berbagai bidang karena prosedurnya selektif, spesifik, biaya analisisnya relatif murah, sensitivitasnya tinggi (ppm-ppb), dapat dengan mudah membuat matriks yang sesuai dengan standar, waktu analisis sangat cepat dan mudah dilakukan. AAS pada umumnya digunakan untuk analisa unsur, spektrofotometer absorpsi atom juga dikenal sistem single beam dan double beam layaknya Spektrofotometer UV-VIS. Sebelumnya dikenal fotometer nyala yang hanya dapat menganalisis unsur yang dapat memancarkan sinar terutama unsur golongan IA dan IIA. Umumnya lampu yang digunakan adalah lampu katoda cekung yang mana penggunaanya hanya untuk analisis satu unsur saja.

Dalam AAS kita mengukur serapan (absorbsi) yang dialami oleh seberkas sinar yang melalui kumpulan atom-atom. Serapan akan bertambah dengan bertambahnya jumlah atom yang menyerap sinar tersebut.

Sinar tersebut bersifat monokromatis dan mempunyai panjang gelombang (λ) tertentu. Suatu atom unsur X hanya bisa menyerap sinar yang panjang gelombangnya sesuai dengan unsur X tersebut. Artinya, sifat menyerap sinar ini merupakan sifat yang khas (spesifik) bagi unsur X tersebut. Misal : atom Cu menyerap sinar dengan λ = 589,0 nm sedangkan atom Pb menyerap sinar dengan λ = 217,0 nm. Dengan menyerap sinar yang khas, atom tersebut tereksitasi (elektron terluar dari atomnya tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi).

Hubungan antara serapan yang dialami oleh sinar dengan konsentrasi analit dalam larutan standar bisa dipergunakan untuk menganalisa larutan sampel yang tidak diketahui, yaitu dengan mengukur serapan yang diakibatkan oleh larutan sampel tersebut terhadap sinar yang sama. Biasanya terdapat hubungan yang linier antara serapan (A) dengan konsentrasi (c) dalam larutan yang diukur dan koefisien absorbansi (a).

A = a . b . c

Dari hukum Lambert-Beer / Bouguer-Beer

”Bila  cahaya monokromatis dilewatkan pada media  transparan maka berkurangnya intensitas cahaya yang ditransmisikan sebanding dengan ketebalan (b) dan konsentrasi larutan.”

 

Cara sederhana untuk menemukan konsentrasi unsur logam dalam cuplikan adalah dengan dengan membandingkan nilai absorbans (Ax) dari cuplikan dengan absorbansi zat standar yang dikerahui konsentrasinya.

Ax = Cx

As = Cs

Dimana

Ax = absorban sampel

As = absorban standar

Cx = konsentrasi sampel

Cs = konsentrasi standar

Komponen – komponen Atomic Absorption Spectrophotometer

1.      Lampu katoda berongga (Hollow Cathode Lamp)

Lampu katoda berongga terdiri atas tabung gelas yang  diisi dengan gas argon (Ar) atau neon (Ne) bertekanan rendah (4-10 torr) dan di dalamnya dipasang sebuah katoda berongga dan anoda. Rongga katoda berlapis logam murni dari unsur obyek analisis. Misalnya : untuk pengukuran Fe diperlukan lapisan logam Fe. Batang anoda terbuat dari logam wolfram / tungsten (W)

2.      Ruang pengkabutan (Spray Chamber)

Merupakan bagian di bawah burner dimana larutan contoh diubah menjadi aerosol. Dinding dalam dari spray chamber ini dibuat dari plastik / teflon. Dalam ruangan ini dipasang peralatan yang terdiri atas :

1.    Nebulizer glass bead atau impact bead (untuk memecahkan larutan menjadi partikel butir yang halus)

2.    Flow spoiler (berupa baling-baling berputar, untuk mengemburkan butir / partikel larutan yang kasar)

3.    Inlet dari fuel gas dan drain port (lubang pembuangan)

3     Pembakar (Burner)

Merupakan alat dimana campuran gas (bahan bakar dan oksida) dinyalakan. Dalam nyala yang bersuhu tinggi itulah terjadi pembentukan atom-atom analit yang akan diukur. Alat ini terbuat dari logam yang tahan panas dan tahan korosi. Desain burner harus dapat mencegah masuknya nyala ke dalam spray chamber. Hal ini disebut ”blow back” dan amat berbahaya. Burner untuk nyala udara asetilen (suhu 2000 – 2200⁰ C) berlainan dengan untuk nyala nitrous oksida-asetilen (suhu 2900 – 3000⁰ C). Burner harus selalu bersih untuk menjamin kepekaan yang tinggi dan kedapatulangan (repeatability) yang baik.

4.      Monokromator & Slit (Peralatan optik)

Fungsi : untuk mengisolir sebuah resonansi dari sekian banyak spektrum yang dihasilkan oleh lampu katoda berongga.

5.      Detektor

Detektor yang biasa digunakan dalam AAS ialah jenis photomultiplier tube, yang jauh lebih peka daripada phototube biasa dan responnya juga sangat cepat (10^-9 det). Fungsinya untuk mengubah energi radiasi yng jatuh pada detektor menjadi sinyal elektrik / perubahan panas

6.      Lain-lain

1.    Pembuangan gas dan udara kotor (exhaust dust)

2.    Pipa saluran gas

Metode Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS)

1.    Teknik Nyala

• Hydride Generation ( analisis logam volatile : As, Sb, Se, Sb, Sn )

• Flame ( hampir semua logam, dalam ppm )

2.Teknik Tanpa Nyala

• Grafit Furnace ( hampir semua logam, dalam ppb )

• Cold Vapor ( khusus logam Hg )

     

1.      Metode Nyala ( Flame )

Sampel diaspirasikan ke spray chamber lewat kapiler dari nebulizer. Penyedotan ini akibat efek tekanan gas oksidan yang masuk ke nebulizer. Aliran larutan  ini keluar kapiler dengan kecepatan tinggi dan segera menumbuk silica glass bead di depannya sehingga terpecahlah larutan membentuk butir-butir kabut. Kabut ini  bercampur dengan gas membentuk aerosol. Setelah proses pengkabutan, campuran gas naik menuju burner maka terjadi  proses pemanasan dan pengatoman. Setelah itu terjadi penyerapan sinar oleh atom, banyaknya sinar yang diserap berbanding lurus dengan kadar zat.

2.      Metode Tanpa Nyala ( Flameless )

Atomisasi tanpa nyala dilakukan dengan energi listrik pada batang karbon yang biasanya berbentuk tabung grafit. Contoh diletakkan dalam tabung grafit dan listrik dialirkan melalui tabung  tersebut sehingga tabung dipanaskan dan contoh akan teratomisasikan. Temperatur tabung grafit dapat diatur dengan merubah arus listrik yang dialirkan, sehingga kondisi temperatur optimum untuk setiap macam contoh / unsur yang dianalisa dapat dicapai dengan mudah

3.      Metode Cold Vapor

Pada metode ini senyawa raksa ( Hg ) dalam contoh uji dioksidasikan dengan penambahan KmnO₄ menjadi Hg²⁺ pada proses destruksi ( dengan waterbath ) pada suhu 95⁰ C, proses destruksi dilakukan dalam suasana asam Hg²⁺ yang terbentuk direduksi oleh SnCl₂ menjadi Hg⁰ ( uap Hg ). Kemudian atom netral tersebut akan menguap sebagai atom-atom bebas dan didorong oleh udara ke sel. Jika cahaya dengan panjang gelombang lampu katoda Hg melalui sel, maka sinar yang diabsorbsi oleh Hg berbanding lurus dengan kadar Hg.

Keuntungan metode AAS

Keuntungan metode AAS dibandingkan dengan spektrofotometer biasa yaitu spesifik, batas deteksi yang rendah dari larutan yang sama bisa mengukur unsur-unsur yang berlainan, pengukurannya langsung terhadap contoh, output dapat langsung dibaca, cukup ekonomis, dapat diaplikasikan pada banyak jenis unsur, batas kadar penentuan luas (dari ppm sampai %). Sedangkan kelemahannya yaitu pengaruh kimia dimana AAS tidak mampu menguraikan zat menjadi atom misalnya pengaruh fosfat terhadap Ca, pengaruh ionisasi yaitu bila atom tereksitasi (tidak hanya disosiasi) sehingga menimbulkan emisi pada panjang gelombang yang sama, serta pengaruh matriks misalnya pelarut.

Cara Kerja AAS :

1. pertama-tama gas di buka terlebih dahulu, kemudian kompresor, lalu ducting, main unit, dan komputer secara berurutan. 
2. Di buka program SAA (Spectrum Analyse Specialist), kemudian muncul perintah ”apakah ingin mengganti lampu katoda, jika ingin mengganti klik Yes dan jika tidak No.
3. Dipilih yes untuk masuk ke menu individual command, dimasukkan nomor lampu katoda yang dipasang ke dalam kotak dialog, kemudian diklik setup, kemudian soket lampu katoda akan berputar menuju posisi paling atas supaya lampu katoda yang baru dapat diganti atau ditambahkan dengan mudah.
4. Dipilih No jika tidak ingin mengganti lampu katoda yang baru.
5. Pada program SAS 3.0, dipilih menu select element and working mode.Dipilih unsur yang akan dianalisis dengan mengklik langsung pada symbol unsur yang diinginkan
6. Jika telah selesai klik ok, kemudian muncul tampilan condition settings. Diatur parameter yang dianalisis dengan mensetting fuel flow :1,2 ; measurement; concentration ; number of sample: 2 ; unit concentration : ppm ; number of standard : 3 ; standard list : 1 ppm, 3 ppm, 9 ppm.
7. Diklik ok and setup, ditunggu hingga selesai warming up.
8. Diklik icon bergambar burner/ pembakar, setelah pembakar dan lampu menyala alat siap digunakan untuk mengukur logam.
9. Pada menu measurements pilih measure sample.
10. Dimasukkan blanko, didiamkan hingga garis lurus terbentuk, kemudian dipindahkan ke standar 1 ppm hingga data keluar.
11. Dimasukkan blanko untuk meluruskan kurva, diukur dengan tahapan yang sama untuk standar 3 ppm dan 9 ppm.
12. Jika data kurang baik akan ada perintah untuk pengukuran ulang, dilakukan pengukuran blanko, hingga kurva yang dihasilkan turun dan lurus.
13. Dimasukkan ke sampel 1 hingga kurva naik dan belok baru dilakukan pengukuran.
14. Dimasukkan blanko kembali dan dilakukan pengukuran sampel ke 2.
15. Setelah pengukuran selesai, data dapat diperoleh dengan mengklik icon print atau pada baris menu dengan mengklik file lalu print. 
16. Apabila pengukuran telah selesai, aspirasikan air deionisasi untuk membilas burner selama 10 menit, api dan lampu burner dimatikan, program pada komputer dimatikan, lalu main unit AAS, kemudian kompresor, setelah itu ducting dan terakhir gas.