AAS(atomic absorption spectrophotometry()

PENDAHULUAN

Teknik analisa dari spektrofotometer serapan atom (atomic absorption spectrophotometry, AAS) pertama kali diperkenalkan oleh Welsh (Australia) pada tahun 1955. Merupakan metoda yang popular untuk analisa logam karena di samping relatif sederhana ia juga selektif dan sangat sensitif. Merupakan metoda yang popular untuk analisa logam karena di samping relatif sederhana ia juga selektif dan sangat sensitif. Sebagian besar atom akan berada pada ground state, dan sebagian kecil (tergantung suhu) yang tereksitasi akan memancarkan cahaya dengan panjang gelombang yang khas untuk atom tersebut ketika kembali ke ground state. Beberapa metode yang sejenis seperti spektrometri emisi nyala (flame emission spectrometry, FES) telah dikenal lebih dahulu, sedangkan spektrometri fluoresensi atom (atomic fluorescence spectrometry, AFS) adalah teknik yang baru dan masih dalam pengembangan . Prinsip analisis dengan AAS adalah interaksi antara energi radiasi dengan atom unsur yang dianalisis. AAS banyak digunakan untuk analisis unsur. Atom suatu unsur akan menyerap energi dan terjadi eksitasi atom ke tingkat energi yang lebih tinggi. Keadaan ini tidak stabil dan akan kembali ke tingkat dasar dengan melepaskan sebagian atau seluruh tenaga eksitasinya dalam bentuk radiasi. Frekuansi radiasi yang dipancarkan karakteristik untuk setiap unsur dan intensitasnya sebanding dengan jumlah atom yang tereksitasi yang kemudian mengalami deeksitasi. Teknik ini dikenal dengan SEA (spektrofotometer emisi atom). Untuk AAS keadaan berlawanan dengan cara emisi yaitu, populasi atom pada tingkat dasar dikenakan seberkas radiasi, maka akan terjadi penyerapan energi radiasi oleh atom-atom yang berada pada tingkat dasar tersebut. Penyerapan ini menyebabkan terjadinya pengurangan  intensitas radiasi yang diberikan. Pengurangan intensitasnya sebanding dengan jumlah atom yang berada pada tingkat dasar tersebut.

Larutan sampel diaspirasikan ke suatu nyala dan unsur-unsur di dalam sampel diubah menjadi uap atom sehingga nyala mengandung atom unsur-unsur yang dianalisis. Beberapa diantara atom akan tereksitasi secara termal oleh nyala, tetapi kebanyakan atom tetap tinggal sebagai atom netral dalam keadaan dasar (ground state). Atom-atom ground state ini kemudian menyerap radiasi yang diberikan oleh sumber radiasi yang terbuat dari unsur-unsur yang bersangkutan. Panjang gelombang yang dihasilkan oleh sumber radiasi adalah sama dengan panjang gelombang yang diabsorpsi oleh atom dalam nyala. Absorpsi ini mengikuti hukum Lambert-Beer. yakni absorbansi berbanding lurus dengan panjang nyala yang dilalui sinar dan konsentrasi uap atom dalam nyala. Kedua variabel ini sulit untuk ditentukan tetapi panjang nyala dapat dibuat konstan sehingga absorbansi hanya berbanding langsung dengan konsentrasi analit dalam larutan sampe.

PENGERTIAN ATOMIC ABSORPTION SPECTOPHOTOMETER (AAS)

Spektrofotometri serapan atom atau Atomic Absorption Spectophotometer atau AAS adalah salah satu metode analisis yang dapat digunakan untuk penentuan konsentrasi semua logam dan semilogam dengan kepekaan yang tinggi. Pelatihan ini akan memberikan pemahaman yang mendalam tentang metodologi spektrofotometri serapan atom, disertai dengan aplikasinya untuk menganalisa kandungan logam berat antara lain : Pb, Cd, Cu, Cr, Fe, Zn, Mn, Ni dan lain-lain, baik berupa sampel Padat, Cair, Gas Makanan dan Tanaman

Radiasi dari sumber cahaya (hollow cathode lamp) dengan energi yang sesuai dengan energi yang dibutuhkan oleh atom-atom dari unsur yang diperiksa untuk melakukan transisi elektronik, dipancarkan melalui nyala. Pada nyala tersebut, atom-atom dari zat yang diperiksa akan meresap radiasi tadi sesuai dengan konsentrasi zat tersebut yaitu sesuai dengan populasi atom-atom pada level energi terendah (ground state). AAS tidak tergantung dari suhu, sedangkan pada FES di mana jumlah atom yang tereksitasi yang menentukan intensitas emisi berubah-ubah secara eksponensial sesuai dengan temperatur. Di samping itu juga terdapat perbedaan pada bentuk (design) dari pembakar (burner) dan pada AAS radiasi lampu ditahan-diteruskan berganti-ganti menggunakan “chopper” untuk membedakannya dengan radiasi yang dipancarkan oleh nyala api.

Atom-penyerapan (AAS) menggunakan spektroskopi penyerapan cahaya untuk mengukur konsentrasi gas-fase atom.. Karena biasanya sampel cairan atau makanan padat, maka atom atau ion analisa harus menguap dalam api atau grafit furnace. Atom menyerap cahaya ultraviolet atau terlihat dan membuat transisi elektronik yang lebih tinggi tingkat energi. Analisa konsentrasi yang ditentukan dari jumlah penyerapan.. Menerapkan hukum Beer-Lambert yang berbunyi :“Schematic of an atomic-absorption experiment Skematis dari atom-percobaan penyerapan”. Hukum ini langsung dalam spektroskopi AAS sulit karena variasi dalam atomisasi efisiensi dari matriks sampel, dan nonuniformity konsentrasi dan panjang jalan analisa atom (dalam tungku grafit AAS). Konsentrasi pengukuran biasanya ditentukan dari kurva kerja setelah kalibrasi instrumen dengan standar yang diketahui konsentrasi.

Gambar api spektrometer serapan atom:

BAGIAN ALAT- ALAT PADA AAS

1.      Lampu Katoda (Hollow Chatode Lamp)

Lampu katoda merupakan sumber cahaya pada AAS. Lampu katoda memiliki 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.
      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.

Sumber cahaya biasanya merupakan lampu katoda cekung dari elemen yang sedang diukur. Laser juga digunakan dalam instrumen penelitian. Karena laser yang cukup intens untuk membangkitkan atom ke tingkat energi yang lebih tinggi, mereka mengijinkan AAS dan fluoresensi atom pengukuran dalam satu instrumen. Kerugian dari sempit-band ini sumber cahaya adalah bahwa hanya satu elemen yang dapat diukur pada suatu waktu.

Lampu hollow katode (HC Lamp)

2. 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.

3. 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. Penggunaan ducting yaitu, menekan bagian kecil pada ducting kearah miring, karena bila lurus secara horizontal, menandakan ducting tertutup. Ducting berfungsi untuk menghisap hasil pembakaran yang terjadi pada AAS, dan mengeluarkannya melalui cerobong asap yang terhubung dengan ducting.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Unit Atomisasi

A. Atominasi nyala

Tujuan Atomisasi nyala : untuk mendapatkan atom-atom netral. Atomisasi dapat dilakukan dengan nyala api (paling banyak digunakan) atau tanpa nyala. Pemilihan pasangan fuel-oksidan sangat tergantung dari temperatur nyala yang diperlukan untuk proses atomisasi, meskipun faktor-faktor yang mereduksi pembentukan oksida logam juga penting. Juga diusahakan agar latar belakang emisi dari nyala tidak mengganggu analisa.

Fungsi dari atomisasi nyala yaitu:

a. Mengubah zat yang diperiksa dari larutan atau bentuk padat menjadi bentuk gas penguapan.

b.  Mengubah molekul dalam bentuk uap menjadi atom atomisasi.

c. Pada FES untuk mengeksitasi uap atom/molekul sehingga menghasilkan radiasi emisi.

d. Komponen-komponen dari gas-gas pembentuk nyala membatasi daerah analisa pada panjang gelombang di luar daerah resapan atmosfer, yaitu pada panjang gelombang di atas 210 nm.

Perbandingan dari bahan bakar dan oksidan juga menentukan suhu dan komposisi nyala gas yang terjadi. Bila jumlah oksidan lebih banyak dari bahan bakan maka nyala yang terjadi disebut oxidising flame dan bila sebaliknya disebut reducing flame. Nyala jenis mana yang dipakai tergantung dari sifat unsur yang diperiksa. Misalnya unsur-unsur yang cenderung utnuk membentuk oksida yang stabil (Al,Si, Ti, dan Lantanida) diperlukan nyala dengan suhu tinggi dengan lingkungan yang dapat mereduksi, misalnya nyala asetilendinitrogen monoksida.

B. Sistem Atomisasi Dengan Elektrothermal (Tungku)

Sistem nyala api ini lebih dikenal dengan nama GFAAS. GFAAS dapat mengatasi kelemahan dari sistem nyala seperti, sensitivitas, jumlah sampel dan penyiapan sampel. Ada tiga tahap atomisasi dengan tungku yaitu:

a.    Tahap pengeringan atau penguapan larutan
b.    Tahap pengabuan atau penghilangan senyawa-senyawa organik dan
c.    Tahap atomisasi

Unsur-unsur yang dapat dianalsis dengan menggunakan GFAAS adalah sama dengan unsur-unsur yang dapat dianalisis dengan sistem nyala. Beberapa unsur yang sama sekali tidak dapat dianalisis dengan GFAAS adalah tungsten, Hf, Nd, Ho, La, Lu, Os, Br, Re, Sc, Ta, U, W, Y dan Zr, hal ini disebabkan karena unsur tersebut dapat bereaksi dengan graphit.

Petunjuk praktis penggunaan GFAAS:

1.    Jangan menggunakan media klorida, lebih baik gunakan nitrat.

2.    Sulfat dan fosfat bagus untuk pelarut sampel, biasanya setelah sampel ditempatkan dalam tungku.

3.   Gunakan cara adisi sehingga bila sampel ada interferensi dapat terjadi pada sampel dan standard.

Gambar tungku grafit-atom-spektrometer serapan:

8. Monokromator

Monokromator celah dan kisi difraksi.

Kesulitan : monokromator tidak dapat menghalangi radiasi nyala menuju detector. Radiasi nyala dan radiasi yang diteruskan akan bergabung menuju detector.

9. Detektor

Fungsi : mengubah intensitas radiasi yang datang menjadi arus listrik.

Umum digunakan : tabung penggandaan foto ( PMT = Photo Multiplier Tube Detector).

Jenis-jenis gangguan pada analisa AAS

1. Gangguan Spektra

Gangguan spektra terjadi bila panjang gelombang (atomic line) dari unur yang diperiksa berimpit dengan panjang gelombang dari atom atau molekul lain yang terdapat dalam larutan yang diperiksa.

2. Gangguan Fisika

Sifat-sifat fisika dari larutan yang diperiksa akan menentukan intensitas dari resapan atau emisi dari larutan zat yang diperiksa. Kekentalan mempengaruhi laju penyemprotan ke dalam nyala dan ketegangan muka, bobot jenis, kekentalan serta kecepatan gas menentukan besar butir tetesan. Oleh karena itu sifat-sifat fisika dari zat yang diperiksa dan larutan pembanding harus sama. Efek ini dapat diperbaiki dengan menggunakan pelarut organik di mana sensitivitas dapat dinaikkan sampai 3 atau 5 kali bila dibandingkan dengan pelarut air. Ini disebabkan karena pelarut organik mempercepat penyemprotan (kekentalannya rendah), cepat menguap, mengurangi penurunan suhu nyala, menaikkan kondisi, mereduksi nyala.

3. Gangguan Kimia

a.Bentuk uap

Gangguan kimia biasanya memperkecil populasi atom pada level energi terendah. Telah disebutkan bahwa dalam nyala, atom dalam bentuk uap dapat berkurang karena terbentuknya senyawa seperti oksida atau klorida, atau karena terbentuknya ion.

b. Bentuk padat

 Gangguan ini karena terbentuknya senyawa yang sukar menguap atau sukar terdisosiasi dalam nyala. Hal ini terjadi pada nyala ketika pelarut menguap meninggalkan partikel-partikel padat.

Cara Kerja AAS

Anonim, 1982, Analytical Methods for Atomic Absorption  Spectrophotometry, .Perkin Elmer, Norwalk, Connecticut, USA.

Christian., G.D., 1994, Analytical Chemistry, 5th ed-, .John Wiley and  Sons, lnc. New York, pp. 462-484.

Christian, G.D. and O'Reilly, lE., 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.