AAS ( Atomic Absorbtion Spektrofotometer )

1. Sejarah AAS (Atomic Absorbtion Spektrofotometer)

 

Sejarah singkat tentang serapan atom pertama kali diamati oleh Frounhofer, yang pada saat itu menelaah garis-garis hitam pada spectrum matahari. Sedangkan yang memanfaatkan prinsip serapan atom pada bidang analisis adalah seorang Australia bernama Alan Walsh di tahun1995. Sebelumnya ahli kimia banyak tergantung pada cara-cara spektrofotometrik atau metode spektrografik. Beberapa cara ini dianggap sulit dan memakan banyak waktu, kemudian kedua metode tersebut segera dia gantikan dengan Spektrometri Serapan Atom (SSA).

          

2.Pengertian Spektrofotometer Serapan Atom (AAS)

                   Spektrofotometer Serapan Atom (AAS) adalah suatu alat yang digunakan pada metode analisis untuk penentuan unsur-unsur logam dan metaloid yang berdasarkan pada penyerapan absorbsi radiasi olehatom bebas. Sekitar 67 unsur telah dapat ditentukan dengan cara AAS. Banyak penentuan unsur-unsur logam yang sebelumnya dilakukan dengan metoda polarografi, kemudian dengan metoda spektrofotometri UV-VIS, sekarang banyak diganti dengan metoda AAS.

3.Prinsip metode AAS

AAS berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya Spektrometri Serapan Atom(SSA) meliputi absorpsi sinar oleh atom-atom netral unsur logam yang masih berada dalam keadaan dasarnya (Ground state). Sinar yang diserap biasanya ialah sinar ultra violet dan sinar tampak. Prinsip Spektrometri Serapan Atom (SSA) pada dasarnya sama seperti absorpsi sinar oleh molekul atau ion senyawa dalam larutan. Hukum absorpsi sinar (Lambert-Beer) yang berlaku pada spektrofotometer absorpsi sinar ultra violet, sinar tampak maupun infra merah, juga berlaku pada Spektrometri Serapan Atom (SSA). Perbedaan analisis Spektrometri Serapan Atom (SSA) dengan spektrofotometri molekul adalah peralatan dan bentuk spectrum absorpsinya: Setiap alat AAS terdiri atas tiga komponen yaitu:- Unit atomisasi (atomisasi dengan nyala dan tanpa nyala)- Sumber radiasi- Sistem pengukur fotometri.

4. Bagian-Bagian AAS

 a.Lampu Katoda

Lampu katoda merupakan sumber cahaya pada AAS. Lampu katoda memiliki masa pakai atau umur pemakaian selama 1000 jam. Lampu katoda pada setiap unsur yang akan diuji berbeda-beda tergantung unsur yang akan diuji, seperti lampu katoda Cu, hanya bisa digunakan untuk pengukuran unsur Cu. Lampu katoda terbagi menjadi dua macam, yaitu :Lampu Katoda Monologam : Digunakan untuk mengukur 1 unsur Lampu Katoda Multilogam : Digunakan untuk pengukuran beberapa logam sekaligus, hanya saja harganya lebih mahal.Soket pada bagian lampu katoda yang hitam, yang lebih menonjol digunakan untuk memudahkan pemasangan lampu katoda pada saat lampu dimasukkan ke dalam soket pada AAS. Bagian yang hitam ini merupakan bagian yang paling menonjol dari ke-empat besi lainnya.Lampu katoda berfungsi sebagai sumber cahaya untuk memberikan energi sehingga unsur logam yang akan diuji, akan mudah tereksitasi. Selotip ditambahkan, agar tidak ada ruang kosong untuk keluar masuknya gas dari luar dan keluarnya gas dari dalam, karena bila ada gas yang keluar dari dalam dapat menyebabkan keracunan pada lingkungan sekitar. Cara pemeliharaan lampu katoda ialah bila setelah selesai digunakan, maka lampu dilepas dari soket pada main unit AAS, dan lampu diletakkan pada tempat busanya di dalam kotaknya lagi, dan

 

dus penyimpanan ditutup kembali. Sebaiknya setelah selesai penggunaan, lamanya waktu pemakaian dicatat.Gambar hollow chatode b.Tabung Gas Tabung gas pada AAS yang digunakan merupakan tabung gas yang berisi gas asetilen. Gas asetilen pada AAS memiliki kisaran suhu ± 20000K, dan ada juga tabung gas yang berisi gas N2O yang lebih panas dari gas asetilen, dengan kisaran suhu ± 30000K. regulator pada tabung gas asetilen berfungsi untuk pengaturan banyaknya gas yang akan dikeluarkan, dan gas yang berada didalam tabung. Spedometer pada bagian kanan regulator.Merupakan pengatur tekanan yang berada di dalam tabung. Pengujian untuk pendeteksian bocor atau tidaknya tabung gas tersebut, yaitu dengan mendekatkan telinga ke dekat regulator.

b. Tabung Gas

Tabung gas pada AAS yang digunakan merupakan tabung gas yang berisi gas asetilen. Gas asetilen pada AAS memiliki kisaran suhu ± 20000K, dan ada juga tabung gas yang berisi gas N2O yang lebih panas dari gas asetilen, dengan kisaran suhu ± 30000K. regulator pada tabung gas asetilen berfungsi untuk pengaturan banyaknya gas yang akan dikeluarkan, dan gas yang berada di dalam tabung. Spedometer pada bagian kanan regulator. Merupakan pengatur tekanan yang berada di dalam tabung.Pengujian untuk pendeteksian bocor atau tidaknya tabung gas tersebut, yaitu dengan mendekatkan telinga ke dekat regulator gas dan diberi sedikit air, untuk pengecekkan. Bila terdengar suara atau udara, maka menendakan bahwa tabung gas bocor, dan ada gas yang keluar. Hal lainnya yang bisa dilakukan yaitu dengan memberikan sedikit air sabun pada bagian atas regulator dan dilihat apakah ada gelembung udara yang terbentuk. Bila ada, maka tabung gas tersebut positif bocor. Sebaiknya pengecekkan kebocoran, jangan menggunakan minyak, karena minyak akan dapat menyebabkan saluran gas tersumbat. Gas didalam tabung dapat keluar karena disebabkan di dalam tabung pada bagian dasar tabung berisi aseton yang dapat membuat gas akan mudah keluar, selain gas juga memiliki tekanan.

c. Ducting

Ducting merupakan bagian cerobong asap untuk menyedot asap atau sisa pembakaran pada AAS, yang langsung dihubungkan pada cerobong asap bagian luar pada atap bangunan, agar asap yang dihasilkan oleh AAS, tidak berbahaya bagi lingkungan sekitar. Asap yang dihasilkan dari pembakaran pada AAS, diolah sedemikian rupa di dalam ducting, agar polusi yang dihasilkan tidak berbahaya.

Cara pemeliharaan ducting, yaitu dengan menutup bagian ducting secara horizontal, agar bagian atas dapat tertutup rapat, sehingga tidak akan ada serangga atau binatang lainnya yang dapat masuk ke dalam ducting. Karena bila ada serangga atau binatang lainnya yang masuk ke dalam ducting , maka dapat menyebabkan ducting tersumbat.  Penggunaan ducting yaitu, menekan bagian kecil pada ducting kearah miring, karena bila lurus secara horizontal, menandakan ducting tertutup. Ducting berfungsi untuk menghisap hasil pembakara yang terjadi pada AAS, dan mengeluarkannya melalui cerobong asap yang terhubung dengan ducting.

d. Kompresor

Kompresor merupakan alat yang terpisah dengan main unit, karena alat ini berfungsi untuk mensuplai kebutuhan udara yang akan digunakan oleh AAS, pada waktu pembakaran atom. Kompresor memiliki 3 tombol pengatur tekanan, dimana pada bagian yang kotak hitam merupakan tombol ON-OFF, spedo pada bagian tengah merupakan besar kecilnya udara yang akan dikeluarkan, atau berfungsi sebagai pengatur tekanan, sedangkan tombol yang kanan merupakan tombol pengaturan untuk mengatur banyak/sedikitnya udara yang akan disemprotkan ke burner. Bagian pada belakang kompresor digunakan sebagai tempat penyimpanan udara setelah usai penggunaan AAS. Alat ini berfungsi untuk menyaring udara dari luar, agar bersih.posisi ke kanan, merupakan posisi terbuka, dan posisi ke kiri merupakan posisi tertutup. Uap air yang dikeluarkan, akan memercik kencang dan dapat mengakibatkan lantai sekitar menjadi basah, oleh karena itu sebaiknya pada saat menekan ke kanan bagian ini, sebaiknya ditampung dengan lap, agar lantai tidak menjadi basah., dan uap air akan terserap ke lap.

e. Burner

Burner merupakan bagian paling terpenting di dalam main unit, karena burner berfungsi sebagai tempat pancampuran gas asetilen, dan aquabides, agar tercampur merata, dan dapat terbakar pada pemantik api secara baik dan merata. Lobang yang berada pada burner, merupakan lobang pemantik api, dimana pada lobang inilah awal dari proses pengatomisasian nyala api.

Perawatan burner yaitu setelah selesai pengukuran dilakukan, selang aspirator dimasukkan ke dalam botol yang berisi aquabides selama ±15 menit, hal ini merupakan proses pencucian pada aspirator dan burner setelah selesai pemakaian. Selang aspirator digunakan untuk menghisap atau menyedot larutan sampel dan standar yang akan diuji. Selang aspirator berada pada bagian selang yang berwarna oranye di bagian kanan burner. Sedangkan selang yang kiri, merupakan selang untuk mengalirkan gas asetilen. Logam yang akan diuji merupakan logam yang berupa larutan dan harus dilarutkan terlebih dahulu dengan menggunakan larutan asam nitrat pekat. Logam yang berada di dalam larutan, akan mengalami eksitasi dari energi rendah ke energi tinggi. Nilai eksitasi dari setiap logam memiliki nilai yang berbeda-beda. Warna api yang dihasilkan berbeda-beda bergantung pada tingkat konsentrasi logam yang diukur. Bila warna api merah, maka menandakan bahwa terlalu banyaknya gas. Dan warna api paling biru, merupakan warna api yang paling baik, dan paling panas, dengan konsentrasi

f. Buangan pada AAS

Buangan pada AAS disimpan di dalam drigen dan diletakkan terpisah pada AAS. Buangan dihubungkan dengan selang buangan yang dibuat melingkar sedemikian rupa, agar sisa buangan sebelumnya tidak naik lagi ke atas, karena bila hal ini terjadi dapat mematikan proses pengatomisasian nyala api pada saat pengukuran sampel, sehingga kurva yang dihasilkan akan terlihat buruk.

Tempat wadah buangan (drigen) ditempatkan pada papan yang juga dilengkapi dengan lampu indicator. Bila lampu indicator menyala, menandakan bahwa alat AAS atau api pada proses pengatomisasian menyala, dan sedang berlangsungnya proses pengatomisasian nyala api. Selain itu, papan tersebut juga berfungsi agar tempat atau wadah buangan tidak tersenggol kaki. Bila buangan sudah penuh, isi di dalam wadah jangan dibuat kosong, tetapi disisakan sedikit, agar tidak kering.

5.Cara Kerja Spektrometri Serapan Atom (SSA)

SSA adalah suatu alat yang digunakan pada metode analisis untuk penentuan unsur-unsurlogam dan metalloid yang pengukurannya berdasarkan penyerapan cahaya dengan panjang gelombang tertentu oleh atom logam dalam keadaan bebas . Metode ini sangat tepat untuk analisis zat pada konsentrasi rendah. Teknik ini mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan metode spektroskopi emisi konvensional. Memang selain dengan metode serapan atom, unsur-unsur dengan energi eksitasi rendah dapat juga dianalisis dengan fotometri nyala,akan tetapi fotometri nyala tidak cocok untuk unsur-unsur dengan energi eksitasi tinggi. Fotometri nyala memiliki range ukur optimum pada panjang gelombang 400-800 nm, sedangkan AAS memiliki range ukur optimum pada panjang gelombang 200-300 nm (Skooget al., 2000).Untuk analisis kualitatif, metode fotometri nyala lebih disukai dari AAS, karena AAS memerlukan lampu katoda spesifik (hallow cathode). Kemonokromatisan dalam AAS merupakan syarat utama. Suatu perubahan temperatur nyala akan mengganggu proses eksitasi sehingga analisis dari fotometri nyala berfilter. Dapat dikatakan bahwa metode fotometri nyala dan AAS merupakan komplementer satu sama lainnya.Metode AAS berprinsip pada absorbsi cahaya oleh atom, atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu,tergantung pada sifat unsurnya. Misalkan Natrium menyerap pada 589 nm, uranium pada 358,5 nm sedangkan kalium pada 766,5 nm.

 

Cahaya pada gelombang ini mempunyai cukup energi untuk mengubah tingkat energi elektronik suatu atom. Dengan absorpsi energy, berarti memperoleh lebih banyak energy, suatu atom pada keadaan dasar dinaikkan tingkat energinya ke tingkat eksitasi. Tingkat-tingkat eksitasinya pun bermacam-macam. Misalnya unsur Na dengan nomor atom 11 mempunyai konfigurasi electron1s1 2s 22p 63 s1 , tingkat dasar untuk electron valensi 3s, artinya tidak memiliki kelebihan energi. Elektronini dapat tereksitasi ketingkat 3p dengan energy 2,2 eV ataupun ketingkat 4p dengan energy 3,6eV, masing-masing sesuai dengan panjang gelombang sebesar 589 nm dan 330 nm. Kita dapat memilih diantara panjang gelombang ini yang menghasilkan garis spectrum yang tajam dan dengan intensitas maksimum, yang dikenal dengan garis resonansi. Garis-garis lain yang bukan garis resonansi dapat berupa pita-pita lebar ataupun garis tidak berasal dari eksitasi tingkat dasar yang disebabkan proses atomisasinya. Contoh: prinsip dasar penyerapan atom Na 

 

Apabila cahaya dengan panjang gelombang tertentu dilewatkan pada suatu sel yang mengandung atom-atom bebas yang bersangkutan maka sebagian cahaya tersebut akan diserap dan intensitas penyerapan akan berbanding lurus dengan banyaknya atom bebas logam yang berada pada sel.  

Hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi diturunkan dari:

Hukum Lambert :
Bila suatu sumber sinar monkromatik melewati medium transparan, maka intensitas sinar yang diteruskan berkurang dengan bertambahnya ketebalan medium yang mengabsorbsi.

Hukum Beer :

Intensitas sinar yang diteruskan berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya konsentrasi spesi yang menyerap sinar tersebut.Dari kedua hukum tersebut diperoleh suatu persamaan:A= ℮ b c dan A= abc serta persamaan A = – log T = log Dimana: PO = intensitas sumber sinar P = intensitas sinar yang diteruskan ℮ = absortivitas molar ( satuan c dalam Molar)b = panjang medium / panjangnya jalan sinarc = konsentrasi atom-atom yang menyerap sinar A = absorbansi T = Transmitana = absorbsivity ( satuan c dalam g/L atau ppm).

      CARA KERJA AAS

1.      Drain kompresor

2.      Hidupkan computer

3.      Pilih GBC AVANTA, di bawah layar : Instrument not ready

4.      Hidupkan AAS, tunggu hingga 2 – 3 menit. Isi selang dengan aquadest sambil diangkat ke  atas       sampai aquadest tersebut keluar lagi.

5.      Buka sumber gas- Acetylene (tekanan 15 psi)- Compress air (kompresor)- Nitrous oxide (tekanan 60 psi, bila diperlukan))- Argon (tekanan 30 – 60 psi, bila diperlukan)

6.      Tunggu sampai instrument ready

7.      Pilih icon instrument, klik kanan pada panel lampu, klik propertis

8.      Klik insert lamp, pilih pada posisi berapa kita akan pasang lampu

9.      Pasang lampu yang akan digunakan, OK! Beri nama lampu, OK!

10.  Pilih icon methode, Description, pilih element (unsur) yang akan kita gunakan, tunggu sampai ready (jangan lupa gas apa yang akan kita gunakan)

11.  Isi matrix dan note bila dikehendaki (catatan agar report yang kita hasilkan tidak tertukar)

12.  Pada instrument, measurment dan calibration, bila kita tidak memiliki methode yang spesifik biarkan pada nilai defaultnya.

13.  Pada calibration, pilih Auto Save methode after cal, agar data tidak hilang

14.   Buat deret standard pada Standard, isi nilai konsentrasi dan biarkan nilai absorbans, Save!

15.  Simpan methode lewat file, save as, nama file (nama file sebaiknya diikuti dengan nama lampu)

16.  Klik icon sample

17.  Isi measurment dan label, pada posisi pertama harus calibration

18.  Simpan lewat file, save as, nama file

19.  Klik icon Result, pilih New, isi nama file, Create, Start!

20.  Pastikan posisi burner pada penyerapan terbaik melaluiMethode, Flame, Optimize atau gunakan Burner Cleaning dengan menggesekkan pada tempat keluarnya api. Atur titik api dengan memutar tombol Vertical dan Horizontal pada GBC sampai sinar datang tepat ditengah titik api (gunakan Burner Cleaning).

21.  Bila penyerapan dinilai sudah optimal, nyalakan burner dengan menekan tombol Ignite pada AAS (sebelah tombol ON/OFF).

22.  Pastikan posisi software pada icon Result, klik Start (tombolhijau pada software)

23.  Ikuti perintah software untuk memasukkan standard dan sampel, klik OK / enter pada key board. Segera ukur aquadest setelah pengukuran sampel untuk membersihkan saluran selang dari sisa sampel, lap dengan tissue.

24.  Burner akan mati secara otomatis, bila analisa selesai.

25.   Klik icon Report, pilih Report yang akan di print

26.  Klik kembali icon Result, print lewat icon Printer, OK!

27.  Bila ingin melihat kurva kalibrasi, klik icon Methode, pilih Standard

28.  Nilai absorbance akan berubah, dan klik gambar kurva pada bagian bawah, kurva yang baik akan terlihat linier

29.  Setelah selesai analisa, matikan AAS dengan menekan tombolSwitch OFF

30.  Shut Down dan matikan komputer, cabut saklar listrik.Tutup kran masing-masing gas, rapikan kembali tempat kerja!

   6. 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.

KeuntunganSpesifik• batas deteksi yang rendah dari larutan yang sama bias mengukur unsur-unsur yang berlainan.•Pengukuran dapat langsung dilakukan terhadap larutan contoh(preparasi contoh sebelum pengukuran lebih sederhana, kecualibila ada zat pengganggu).• Output dapat langsung dibaca, cukup ekonomis.Dapat diaplikasikan kepada banyak jenis unsur dalam banyak jeniscontoh.•Batas kadar-kadar yang dapat ditentukan adalah amat luas (mg/Lhingga persen).

7.Kelemahan Atomic Absorbtion Spektrofotometer (AAS )

AAS tidak mampu menguraikan zat menjadi atom misalnya pengaruh fosfat terhadap Ca, pengaruh ionisasi yaitu bilaatom tereksitasi (tidak hanya disosiasi) sehingga menimbulkan  emisi pada panjang gelombang yang sama, serta pengaruh matriks misalnya pelarut.

a. Serapan Latar (Background Absorption) kadang-kadang sinar yang diberikan dari lampu katoda rongga diserap oleh senyawa-senyawa lain yang terkandung didalam sampel atau di dalam nyala yang diukur. Adanya serapan ini akan mengganggu pada pengukuran serapan atom dari unsur-unsur yang dianalisis, gangguan dari serapan ini disebut serapan latar (background absorbsion).

Serapan latar antara lain disebabkan oleh:

1) Serapan molekuler dan atau disebabkan oleh senyawa-senyawa yang tidak beratomisasi dalam atomizer.
2) Hamburan sinar yang disebabkan oleh partikel-partikel padat yang halus melintang berkas sinar.

3) Serapan nyala bahan bakar yang digunakan Serapan latar pada umumnya mengacu pada unsur yang mempunyai panjang gelombang di bawah 2500 A (daerah ultra lembayung). Pada atomisasi tanpa nyala (CRA) gangguan serapan latas dapat terlihat karena adanya asap bila atomisasi cuplikan pada suhu relatif rendah, gangguan ini dapat dihilangkan sempurna selama tahap pengabuan, sehingga tidah ada asap yang ditimbulkan pada tahap ionisasi. Gangguan ini dapat diatasi dengan bekerja pada panjang gelombang yang lebih besar dan dengan nyala yang suhunya lebih tinggi, dapat pula diatasi dengan mengukur besarnya penyerapan lata tersebut dengan menggunakan sumber sinar yang memberikan pancaran continue,misal pada lampu katoda Ni yang diisi gas hidrogen.

8. Gangguan-gangguan apa saja dalam analisis menggunakan (AAS)

a.       Gangguan Matrix Yaitu gangguan yang disebabkan adanya unsur-unsur atau senyawa-senyawa lain yang terkandung di dalam sampel. Adanya matrix ini menyebabkan sifat-sifat fisik dari setiap sampel (baikberupa larutan maupun padatan) akan tidak sama, lebih-lebih jika dibandingkan dengan standar murni. Adanya perbedaan kandungan matrik ini akan mengakibatkan perbedaan dalam prosesatomisasinya dan proses penyerapan energi radiasi oleh atom-atom yang dianalisa. Gangguan ini dapat diatasi dengan menyesuaikan kandungan komponen-komponen matrix yang mayor dengan jumlah yang berlebihan pada preparasi standar dan cuplikan. Metode lain yang sangat baik untuk mengatasi gangguan matrix ini adalah dengan metode penambahan standar (standar addition method).

b.      Gangguan Kimia yaitu gangguan yang disebabkan oleh adanya komponen yang membentuk senyawa stabil secara termal dengan unsur yang dianalisa, yang tidak dapat terdiasosiasi sempurna komponen atomisasinya. Misal adanya ion phospat pada penentuan Ca dengan atomisasi dengan nyala udara asetilen. Ion phospat akan membentuk senyawa stabil dengan Ca yang sulit untuk diatomisasikan secara sempurna. Gangguan ini dapat diatasi dengan menambah unsur lain yang berlebihan pada cuplikan dan standar, yang unsur ini juga akan membentuk senyawa yang stabil dengan ion phospat secara termal,misal dengan penambahan Ca. Cara lain yaitu dengan menaikkan suhu nyala untuk memecahkan senyawa stabil yang terbentuk,tetapi cara ini kurang memberikan hasil yang memuaskan.

c.       Gangguan Ionisasi Gangguan ini terjadi pada penggunaan suhu yang tinggi,sehingga atom-atom yang akan dianalisa tidak hanya teratomisasi pada tingkat tenaga dasar tetapi atom-atom dapat tereksitasi secara termal karena panas dan bahkan terionisasi.Gangguan ini dapat diatasi dengan menambah unsur logam yang berlebihan yang dapat dengan mudah terionisasi sehingga menghasilkan elektron dengan jumlah besar dan menekan prosesionisasi unsur yang akan dianalisa. Umumnya dengan menambah logam Na atau K untuk gangguan ionisasi ini.

d.      Gangguan Spektra Pada metode analisis AAS, gangguan spectra jarang sekali terjadi karena panjang gelombang setiap serapan atom adalah karakteristik. Gangguan spektra dapat terjadi jika serapan atom yang dianalisis tumpang tindih dengan garis spektra lain, sehingga untuk mengatasinya dipilih panjang gelombang serapan karakteristik yang lain.