ANALISIS INSTRUMEN I ATOMIC ABSORPTION SPECTROSCOPY (AAS)
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
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES OVERVIEW
Analisis Instrumen I
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:
~ Arie BS
AAS dan AES OVERVIEW
Analisis Instrumen I
Atom (logam) yang bisa dianalisis menggunakan AAS
~ Arie BS
AAS dan AES OVERVIEW
Analisis Instrumen I
Keuntungan AAS: • • • • •
Specific Sensitivity Low Cost Analysis Low Capital Cost (?) Can Analyze Many Samples in Short Time for Screening of a Single Analyte Metal.
Kerugian AAS: • Single Element at a Time. • Requires more Set-up time between Elements. • Not the preferred method for screening samples for numerous elemental content
~ Arie BS
AAS dan AES ABSORPSI VS EMISI
Analisis Instrumen I
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. ~ Arie BS
AAS dan AES ABSORPSI VS EMISI
ABSORPSI
EMISI
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES SPEKTRA EMISI ATOMIK
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES SPEKTRA EMISI ATOMIK • Atomic spectra: single external electron
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES INSTRUMENTASI
Analisis Instrumen I
AAS terdiri dari 5 komponen utama. Komponen-komponen ini dikontrol oleh piranti lunak komputer.
Single-Beam Atomic Absorption Spectrometer
Double-Beam Atomic Absorption Spectrometer
~ Arie BS
AAS dan AES INSTRUMENTASI
Hollow Cathode Lamp
Analisis Instrumen I
Electrodeless Discharege Lamp
~ Arie BS
AAS dan AES INSTRUMENTASI
Proses emisi pada Hollow Cathode Lamp
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES INSTRUMENTASI
Tungsten Anode
Analyte Hollow Cathode
Ne or Ar
Glass shield
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES INSTRUMENTASI
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
Analisis Instrumen I
AAS dan AES
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 INSTRUMENTASI
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES INSTRUMENTASI
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES FLAME ATOMIZATION Nebulization Conversion of the liquid sample to a fine spray. Desolvation Solid atoms are mixed with the gaseous fuel. Volatilization Solid atoms are converted to a vapor in the flame. There are three types of particles that exist in the flame: 1) Atoms 2) Ions 3) Molecules ~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES FLAME ATOMIZATION
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES FLAME ATOMIZATION
Nebulizer
SAMPLE AEROSOL
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES FLAME ATOMIZATION
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES FLAME ATOMIZATION H-CC-H
Fuel / Oxidant acetylene / air acetylene / N2O acetylene / O2
Analisis Instrumen I
Temperature 2100 °C – 2400 °C (most common) 2600 °C – 2800 °C 3050 °C – 3150 °C
• Pemilihan jenis nyala bergantung pada temperatut penguapan atom yang dianalisis.
Pengaruh ketinggian burner terhadap absorbansi
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES
ELECTROTHERMAL ATOMIZATION (ETA) Graphite Furnace • Sampel cair dialirkan pada tabung silindris grafit yang dilapisi bahan yang mencegah sampel terserap pada tabung.
Step Time Drying ~ 60 s Ashing ~ 60 s Atomization
Temperature 50° - 150°C 150° - 600°C 2000° - 3000°C
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES
ELECTROTHERMAL ATOMIZATION (ETA) Hydride Generation AAS (HGAAS)
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES
PERBANDINGAN FLAME DAN FURNACE AAS
• • • •
Flame lebih sederhana Furnace lebih sensitif Furnace memiliki lebih banyak interferensi Furnace lebih sedikit membutuhkan sampel • Perangkat Furnace lebih mahal
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES
PERBANDINGAN FLAME DAN FURNACE AAS
Limit deteksi (ng/mL) 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
2
0.00005
Zn
• 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
~ Arie BS
AAS dan AES INSTRUMENTASI
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES INSTRUMENTASI
Analisis Instrumen I
Dengan mengubah sudut grating akan menghasilkan fokus pada panjang gelombang yang berbeda.
~ Arie BS
AAS dan AES INSTRUMENTASI Pemilihan panjang gelombang bergantung pada: - Unsur yang dianalisis - Sensitivitas - Limit deteksi
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES INSTRUMENTASI
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES INSTRUMENTASI
~ Arie BS
Analisis Instrumen I
AAS dan AES APLIKASI
Analisis Instrumen I
Preparasi Sampel
CARA BASAH
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 550oC selama 4 CARA KERING 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.
~ Arie BS
AAS dan AES APLIKASI
Analisis Instrumen I
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
~ Arie BS
AAS dan AES APLIKASI
Analisis Instrumen I
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. 4. Hitung konsentrasi analit dengan persamaan berikut.
~ Arie BS
AAS dan AES APLIKASI
Analisis Instrumen I
Kegunaan AAS: 1. Analisis Klinik
Analisis logam dalam cairan biologis (darah, urine
2. Analisis Lingkungan Monitoring lingkungan, memantau berbagai
3. Farmasi
4. Industri 5. Pertambangan
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. Menetapkan kandungan logam dalam batuan.
~ Arie BS
AAS dan AES INTERFERENSI DALAM AAS
Analisis Instrumen I
• Ada 2 jenis interferensi yang terjadi dalam AAS: A) Spectral Interferences B) Chemical Interferences
A. Spectral Interferences • garis emisi dari spesies lain overlap/sangat dekat dengan garis absorpsi analit, sehingga pemisahan sulit dilakukan. • dengan Sources monokromator of Spectral Interference 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. Background interference • • •
Disebabkan oleh scattering sumber sinar atau adanya absorpsi molekular. Background interference menghsilkan peningkatan sinyal output. Background correction digunakan untuk mengeliminasi interferensi jenis ini.
~ Arie BS
AAS dan AES INTERFERENSI DALAM AAS B.
Analisis Instrumen I
Chemical interferences Hasil dari berbagai proses yang terjadi selama atomisasi result from various processes occurring during atomization yang mengubah karakteristik absorpsi analit. senyawa dengan volatilitas rendah 1. Pembentukan • 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 - bereaksi dengan zat yang menyebabkan interferensi dalam matriks sampel. Protective Agent - bereaksi dengan analit tetapi menghasilkan senyawa volatil.
~ Arie BS
AAS dan AES INTERFERENSI DALAM AAS B.
Analisis Instrumen I
Chemical interferences 2. Kesetimbangan dissosiasi • melibatkan pembentukan dan dissosiasi senyawa oksida logam dasi sampel. • Contoh:
MO M + O M(OH)2 M + 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 C.
Analisis Instrumen I
Chemical interferences 3. Ionisasi • 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
