INSTRUMENTASI KIMIA

INSTRUMENTASI KIMIA

ACARA :

SPEKTROMETRI SERAPAN ATOM

Disusun Oleh :

Nama                                    : Salman Yasir F.P

NIM                          : 011200322

Prodi                         : Teknokimia Nuklir

Semester                   : 3

Kelompok                 : H

Teman Kerja             : 1. Anwar Jundiy

                                  2. Gyan Prameswara

Tanggal Praktikum    : 30 Oktober 2013

Asisten                      : Maria Christina P

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR

BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL

YOGYAKARTA

2013

SPEKTROMETRI SERAPAN ATOM (SSA)

I.                   TUJUAN

1.      Memahami prinsip kerja Spektrometri Serapan Atom (SSA).

2.      Menentukan figure of merit dari AAS yang berupa sensitivitas, akurasi, presisi, dan limit deteksi.

3.      Menentukan konsentrasi unsur Fe di dalam suatu sampel bayam.

II.                DASAR TEORI

             Spektrometri atomik adalah metode pengukuran spektrum yang berkaitan dengan serapan dan emisi atom.Bila suatu molekul mempunyai bentuk spektra pita , maka suatu atom akan mempunyai spektra garis. Atom-atom yang terlibat dalam metode pengukuran spektrometri atomik haruslah atom-atom bebas yang garis spektranya dapat diamati. Pengamatan garis spektra yang spesifik ini dapat digunakan untuk analisi unsur baik secara kualitatif maupun kuantitatif.

             Absorbsi (serapan) atom adalah suatu proses penyerapan bagian sinar oleh atom-atom bebas pada panjang gelombang (ג) tertentu dari atom itu sendiri sehingga konsentrasi suatu logam dapat ditentukan. Karena absorbansi sebanding dengan konsentrasi suatu analit, maka metode ini dapat digunakan untuk sistem pengukuran atau analisis kuantitatif.

            Spektrometri Serapan Atom (SSA) dalam kimia analitik dapat diartikan sebagai suatu teknik untuk menentukan konsentrasi unsur logam tertentu dalam suatu cuplikan. Teknik pengukuran ini dapat diartikan dapat digunakan untuk menganalisis konsentrasi lebih dari 62 jenis unsur logam.

            Teknik Spektrometri Serapan Atom (SSA) dikembangakan oleh suatu tim peniliti kimia Australia pada tahun 1950-an, yang dipimpin oleh Alan Walsh, di CSIRO (Commonwealth Science and Industry Research Organization) bagian kimia fisik di Melbourne, Australia.

            Unsur-unsur dalam cuplikan diidentifikasi dengan sensitivitas dan limit deteksi pada teknik pengukuran ini dapat mencapai <1 mg/L (1 ppm) bila menggunakan lampu nyala biasa dan dapat dicapai sampai 0,1 ppm dengan menggunakan prosedur SSA yang lebih canggih.

            Dalam spektroskopi atomik, faktor-faktor yang dapat menyebabkan pelebaran garis spektra merupakan suatu problem dalam sistem analisis metode ini. Dua hal yang paling sering menimbulkan problem ini adalah pelebaran efek Doppler (Doppler Boardening) dan pelebaran tekanan (Pressure Boardening).

 Prinsip analisis dengan SSA 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 SSA 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 rnengandung atom unsur-unsur yang dianalisis. Beberapa diantara atom akan tereksitasi secara termal oleh ayala, 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 uyala 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 sampel. Teknik-teknik analisisnya sama seperti pada spektrofotometri UV-Vis yaitu standar tunggal, kurva kalibrasi dan kurva adisi standar.

-          PRINSIP DASAR SSA :

1.      Cuplikan atau larutan cuplikan dibakar dalam suatu nyala atau dipanaskan dalam suatu tabung khusus (misal tungku api).

2.      Dalam setiap atom tersebut ada sejumlah tingkatan energi diskrit yang ditempati oleh elektron. Tingkat energy biasanya dimulai dengan Eo bila berada pada keadaan dasar (grouns state level)sampai E_1,E_2,sampai E_∞.

-          INSTRUMENTASI

Suatu  alat absorbsi atom terjadi dari komponen-komponen dasar yang sama seperti spektrofotometer biasa, jadi mengandung : sumber radiasi, monokromator, tempat cuplikan (dalam hal ini nyala),detector dan indicator penguatan (amplifier). Spektrofotometer absorpsi atom ada yang single-beam dan ada pula yang double-beam.

I.                   ALAT DAN BAHAN

a.       Alat

1.      Unit Spektrometri Serapan Atom

2.      Neraca analitik

3.      Labu takar

4.      Pipet tetes

5.      Pipet volume

6.      Bulppet

7.      Buret

8.      Statif

9.      Gelas beker

10.  Sendok sunggu

11.  Batang pengaduk

12.  Botol semprot

13.  Beker teflon

14.  Kompor listrik

15.  Gelas arloji

16.  Tissue

17.  Mortar dan alu

18.  Pipet appendorf

b.      Bahan

1.      Aquades

2.      (NH₄)₂Fe(SO₄)₂.6H₂O

3.      ZnSO₄.7H₂O

4.      HNO₃ pekat

5.      H₂SO₄ pekat

6.      Sampeldaun pepaya

II.                LANGKAH KERJA

§      Preparasi Larutan Standar

a.       Dibuat larutan standar Fe 1000 ppm sebanyak 250 ml dengan cara menimbang (NH₄)₂Fe(SO₄)₂.6H₂O sebanyak 1,755 gram, kemudian dimasukan ke dalam labu takar 250 ml dan dilarutkan dengan aquades serta ditanda bataskan.

b.      Larutan Fe 1000 ppm diencerkan menjadi 50 ppm,25 ppm,10 ppm ,dan 1 ppm. Larutan ini digunakan untuk memberikan  kurva kalibrasi.

§      Preparasi  cuplikan

a.       Daun pepaya dicuci dan dikeringkan menggunakan hair dryer, kemudian ditumbuk hingga halus

b.      Sampel daun pepaya ditimbang dengan metode timbang selisih, kemudian dimasukkan ke dalam beker teflon dan ditambahkan dengan H₂SO₄ pekat.

c.       Beker teflon ditutup dengan kaca arloji kemudian dipanskan dalam bak logam berisi pasir diatas kompor listrik dengan sangat hati-hati.

d.      Setelah semua sampel bayam larut, HNO₃ pekat diteteskan dan larutan berubah warna menjadi bening, beker teflon kemudian diangkat dari kompor listrik dan didinginkan.

e.       Larutan kemudian diencerkan ke dalam labu takar 50 ml.

f.       Sebanyak 1 mL larutan sampel diencerkan lagi ke dalam labu takar 25 mL.

g.      Untuk metode adisi standar, 1 mL sampel Fe ditambahkan dengan 1 mL larutan standar 100ppm kemudian diencerkan dalam labu takar 50mL

§      Analisis cuplikan

a.    Unit AAS diaktifkan kemudian dilakukan pengukuran absorbansi blanko.

b.    Dilakukan pengukuran absorbansi untuk 6 variasi larutan standar.

c.    Dilakukan pengukuran absorbansi larutan sampel.

d.   Data yang diperoleh kemudian disimpan sesuai dengan nama kelompok.

III.             DATA PERCOBAAN

·         Massa (NH₄)₂Fe(SO₄)₂.6H₂O = 1,755 gram/250ml

·         Massa bayam = 2,1212 gram

·         Pengenceran larutan standar dari 1000 ppm

No	Konsentrasi awal (ppm)	Volume awal (ml)	Konsentrasi akhir (ppm)	Volume akhir (ml)
1	1000	25	100	250
2	100	25	50	50
3	50	25	25	50
5	50	10	10	50
6	10	25	5	50
7	5	10	1	50

·         Kalibrasi pipet appendorf

10 µL	100 µL
0,0098 gr	0,0994 gr
0,0097 gr	0,0990 gr
0,0095 gr	0,1004 gr
0,0102 gr	0,0998 gr
0,0104 gr	0,1008 gr
0,0097 gr	0, 1008gr
0,0097 gr	0,1017 gr
0,0097 gr	0,1000 gr
0,0098 gr	0,1000 gr
0,0095 gr	0,1009 gr

·         Spectrometer parameter

a.       Element                        : Fe

b.      Wave leght                   : 248,3

c.       Band pass                     : 0,2 nm

d.      Lamp current                : 75%

e.       Number of resampel     : 3

f.       Background correction : D2

g.      Measurements time       : 4 sekon

·         Flame parameters

a.       Flame type                     : Air-C₂H₂

b.      Fule flow                        : 0,9 L/min

c.       Burner height                 : 7,0 mm

·         Tabel pengukuran absorbansi blanko

Konsentrasi awal (ppm)	Sinyal
0	0,004
0	0,003
0	0,004

Rata-rata: 0,004

·         Pengukuran absorbansi larutan standar

Konsentrasi awal (ppm)	Sinyal
1	0,017
10	0,121
25	0,205
50	0,296

·         Pengukuran Absorbansi larutan sampel

Sampel yang telah dilarutkan dalam labu takar 50 mL dengan air

Pengenceran sampel	Sinyal
Sampel	0,093
1 mL sampel + 1 mL standar 100ppm à 50 mL	0,018
Sampel diencerkan lagi dalam 25 mL	0,008

·         Pengukuran akurasi

Standar 10 ppm sinyalnya 0,121

IV.             PERHITUNGAN

1.      Pembuatan Larutan Standar

ü  Massa (NH₄)₂Fe(SO₄)₂.6H₂O =

=

= 70,025 mgram/100 ml

= 0,07 gram / 100 ml

2.      Penentuan kurva kalibrasi

Konsentrasi awal (ppm)	Sinyal
1	0,017
10	0,121
25	0,205
50	0,296

Dari grafik tersebut diperoleh persamaan garisnya adalah :

            y = 0,005 x + 0,044

Dimana :

x  : konsentrasi

y  : sinyal

3.      Penentuan limit deteksi atas dan limit deteksi bawah

a.       Limit deteksi atas

Dari grafik tersebut, data paling atas masih masuk dalam limit deteksi atas, sehingga data teratas (50 ppm) dapat diaggap sebagai batas deteksi atas.

b.      Limit deteksi bawah

Nama	Sinyal	Konsentrasi (ppm)
blank 1	0,004	-8
blank 2	0,003	-8,2
blank 3	0,004	-8

N =  = 0,115470054 ppm

S = 3N = 3 x 0,115470054 = 0,346410162 ppm

Maka, limit deteksi bawahnya adalah 0,3464 ppm

4.      Penentuan sensitivitas alat

Sensitivitas = g =  =  = 0,01930

5.      Penentuan tingkat presisi alat

Konsentrasi dalam satuan ppm dicari menggunakan persamaan grafik.

Sehingga : Konsentrasi = ( sinyal-0,044)/0,005

a.       Blangko

Sinyal	Konsentrasi (ppm)
0,004	-8
0,003	-8,2
0,004	-8

s_bl = 0,115470054

b.      Standar 1

Sinyal	Konsentrasi (ppm)
0,017	-5,4
0,017	-5,4
0,017	-5,4

s_std1 = 0

c.       Standar 2

Sinyal	Konsentrasi (ppm)
0,122	15,6
0,121	15,4
0,119	31

s_std2 = 8,949487881

d.      Standar 3

Sinyal	Konsentrasi (ppm)
0,207	32,6
0,205	32,2
0,203	3,8

s_std3 = 16,51342888

e.       Standar 4

Sinyal	Konsentrasi (ppm)
0,304	52
0,301	51,4
0,283	47,8

s_std4 = 2,271563338

Presisi total

=  

=18,9198

6.      Menentukan akurasi dari bias (selisih) antara absorbansi standar 3 di awal percobaan dan di akhir percobaan

·         Standar blanko mula-mula

Sinyal	Konsentrasi (ppm)
0,004	-8
0,003	-8,2
0,004	-8

Rata-rata konsentrasi = 8,0667

·         Standar 3 setelah percobaan

Sinyal	Konsentrasi (ppm)
0,004	-8
0,004	-8
0,004	-8

Rata-rata konsentrasi = 8

·         Akurasi =  x 100% = 0,8268 %

7.      Penentuan konsentrasi Fe dalam sampel bayam

Konsentrasi (dalam satuan ppm) didapatkan dengan cara mensubstitusikan sinyal (sebagai sumbu y) ke persamaan garis pada kurva :

                      y = 0,005 x + 0,044

a.       Sampel pertama, setelah di destruksi didapatkan beberapa tetes sampel yang kemudian dimasukkan ke dalam labu takar 50 mL, lalu ditandabataskan menggunakan HCl 0,1 M. Setelah di analisis menggunakan AAS, didapatkan sinyal absorbansi sebesar 0,017.

y =0,017                      y = 0,005x + 0,044

   x =

   x =

   x = -5,4  ppm

Sampel tersebut telah diencerkan dengan 50mL HCl 0,1 N, maka konsentrasi aslinya adalah:

 x 100 % =  0,0127%

b.      Sampel kedua (metode standar adisi), dari sampel pertama, diambil 1 mL dan dimasukkan ke dalam labu takar. Ke dalam labu takar 50mL ditambahkan juga standar 10 ppm sebanyak 1 mL, kemudian ditandabataskan. Oleh karena itu, konsentrasi unsur standarnya adalah:

100 ppm x 1 mL = konsentrasi unsur standar x 50 mL

Konsentrasi unsur standar = 20 ppm

Sinyal absorbansi dari standar 20 ppm tersebut dicari dari persamaan pada grafik.

X=20 ppm                    y= 0,144= absorbansi standar àsampai disini tadi

Absorbansi sampel + standar = 0,093

Konsentrasi sampel = 0,093 – 0,144 = |- 0,051| = 0,051

y = 0,051                     y = 0,005 x + 0,044

   x =

   x =

   x = 1,4 ppm

Pengenceran yang kedua:

1,4 ppm x 1 mL = Konsentrasi x 50 mL

Konsentrasi = 0,028 ppm

Pengenceran yang pertama:

 x 100 % =  6,6 x 10^-5 %

c.       Sampel ke 3 dibuat dengan cara mengambil 1 mL sampel pertama kemudian ditandabataskan dalam labu takar 25 mL.

y=0,008                       y = 0,005x + 0,044

   x =

x =

                                                             x = 7,2 ppm

Pengenceran kedua:

7,2 ppm x 1 mL = konsentrasi x 25 mL

Konsentrasi = 0,288 ppm

Pengenceran pertama:

 x 100 % = 2,357 x 10^-3 %

V.                PEMBAHASAN

Dalam praktikum kali ini, yang di analisis adalah kadar Fe dalam bayam dengan sampel bayam yang basah. Bayam tersebut melalui proses destruksi sehingga didapatkan larutan sampel bayam. Dari larutan sampel tersebut dibuat tiga buah jenis sampel untuk mempraktekkan metode pengamatan yang berbeda-beda. Fungsi dari dektruksi adalh memecah rantai organik dari sampel, sehingga mendapatkan sampel yang anorganik.

Sampel yang akan di masukkan merupakan cairan tumbuhan bayam yang telah di destruksi sebelumnya. Sampel bayam tersebut nantinya akan di analisis kandungan Fe yang terdapat di dalamnya. Secara garis besar, sampel yang akan di analisis nantinya akan di bakar melalui nyala api (burner) yang terdapat dalam alat SSA, hasil dari pembakaran ini merupakan atom-atom yang nantinya di analisis oleh alat spektrometri serapan atom.

Atom-atom dari sampel akan dilepaskan membentuk suatu kabut dalam nyala atau tabung khusus itu. Atom-atom dalam kabut tersebut bergerak dengan kecepatan tinggi dan saling bertabrakan, serta menyerap dalam kisaran λ yang sangat sempit. Hanya atom Fe yang dapat menyerap sumber energi Fe dari Hollow Cathode Lamp, sesuai dengan λ Fe yaitu 248,3.

Berdasarkan konsentrasi dan sinyal absorbansi dari standar Fe yang dibuat dari garam Mohr, dibentuklah suatu kurva yang persamaan garisnya adalah y = 0,005 x + 0,044. Dari grafik tersebut, data paling atas masih masuk dalam limit deteksi atas, sehingga data teratas (50 ppm) dapat diaggap sebagai batas deteksi atas. Dikatakan masuk dalam limit deteksi atas karena titik koordinat milik 50 ppm tersebut masih berada dalam garis linieritas. Limit deteksi bawah dicari dengan menggunakan 3 kali standar deviasi blangko, sehingga didapatkan limit deteksi bawah sebesar 0,3464 ppm.

Sensitivitas alat SSA dicari dari perbandingan antara slope grafik dengan standar deviasi dari konsentrasi standar. Sensitivitas SSA dalam percobaan ini adalah 0,01930. Presisi dicari menggunakan standar deviasi dari ketiga pengulangan setiap standar. Presisi dari SSA tersebut adalah 18,9198 ppm. Akurasi didapatkan dari perhitungan absorbansi standar 3 di awal percobaan dan di akhir percobaan. Akurasi dari SSA tersebut adalah  0,8268 %

Dari hasil perhitungan diperoleh besarnya konsentrasi Fe dalam bayam sampel pertama 0,0127% sampel kedua 6,6 x 10^-5 % dan sampel ketiga  2,357 x 10^-3 %. Hal tersebut terjadi karena konsentrasi keseluruhan sampel berada di bawah limit deteksi bawah. Kesalahan ini terjadi di karenakan oleh pengenceran yang tidak teliti dan sampel daun pepaya yang tidak murni lagi, sehingga sampel tidak terbaca dengan baik oleh alat SSA. Sampel ketiga memang dibuat untuk membuktikan bahwa jika larutan sampel terlalu encer, maka hasilnya tidak maksimal, sehingga akan lebih baik jika sampel yang berada di bawah limit deteksi diberi tambahan standar (standar adisi).

Terdapat beberapa faktor yang dapat mempengaruhi absorbsi, antara lain dapat terjadi kemungkinan bahwa pada temperatur nyala yang tinggi sebagian dari logam sampel bukan saja diatomisasi, tetapi sampai terionisasi. Ion-ion ini tidak mengabsorpsi radiasi yang datang, sehingga radiasi yang dilakukan tidak lagi menjadi ukuran untuk konsentrasi semula analit.

Fe Fe²⁺ + e^-

VI.             KESIMPULAN

1.      Dari hasil percobaan diperoleh kurva kalibrasi dengan persamaan garis :

y = 0,005x + 0,044

2.      Limit deteksi atasnya adalah 50 ppm, limit deteksi bawahnya adalah 0,3464 ppm.

3.      Sensitivitas SSA dalam percobaan ini adalah 0,01930.

4.      Presisi dari SSA tersebut adalah 18,9198 ppm.

5.      Akurasi dari SSA tersebut adalah 0,8268 %.

6.      Dari hasil perhitungan diperoleh besarnya konsentrasi Fe dalam daun pepaya sampel pertama 0,0127%, sampel kedua 6,6 x 10^-5 %, dan sampel ketiga 2,357 x 10^-3 %.