ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

PENCEMBANCAN METODE ANALISIS MENCCUNAKAN"ALAT ICP AES PLASMA 40 UNTUK

PENENTUAN UNSUR AS DAN Sb

Arif Nugroho, Hendro Wahyono, S. Fatimah

Abstrak

PENGEMBANGAN METODE ANALISiS iviENGGUi-.JAKAN ALA T ICP AES

PLASMA 40 DENGAN MENGALIRKAN GAS N2 TELAH DILAKUKAN UNTUK

PENENTUAN UNSUR As DAN Sb. Pengembangan metode ini digunakan untuk

menganalisa unsur yang mempunyai panjang gelombang sekitar 200 nm atau lebih kecil

dari 200 nm. Aliran gas N2 digunakan untuk menghilangkan pengaruh udara yang ada

didalam sistem optik. Pada penelitian ini dibuat variasi tekanan aliran gas N2 digunakan

untuk mendapatkan hasil pengukuran yang baik dan diduga dengan besarnya tekanan

aliran gas N2 akan mempengaruhi kinerja alat khususnya pada system optiknya.Tahapan pengujian meliputi konfirmasi identitas, limit deteksi, standar linieritas, presisi

dengan uji ripitabilitas dan akurasi dengan pengukuran bahan standar yang memiliki

konsentrasi pada daerah linier. Konfjrmasi identitas dilakukan untuk mendapatkan bentuk

spektrum yang baik dan ketepatan pengukuran pad a panjang gelombangnya. Limit deteksi

dihitung dengan cara melakukan pengukuran intensitas setiap unsur sebanyak 7 (tujuh) kali

dalam larutan blangko. Linieritas standard dilakukan dengan cara mengukur intensitas

larutan standard untuk setiap konsentrasi yang berbeda. Ripitabilitas dilakukan dengan cara

melakukan pengukuran ulang terhadap salah satu standar selanjutnya dihitung nilai chi

square pada tingkat kepercayaan yang digunakan. Hasil penelitian yang baik diperoleh pada

aliran gas N2 dengan tekanan 20 psi pada panjang gelombang untuk: As pada A 193,759

nm, Sb pada A 206,833 nm. Limit deteksi unsur As 1,2844 ppm, untuk unsur Sb 1,0785

ppm. Linieritas standar unsur As diperoleh mulai dari konsentrasi 1,2844 ppm, sedangkan

untuk unsur Sb mulai dari konsentrasi 1,0785 ppm. Ripitabilitas untuk setiap unsur As dan

Sb masuk dalam range tingkat kepercayaan 95%, hal ini didasarkan pada keberterimaannilai chi square yang diperoleh. Sedangkan akurasi untuk As sebesar 97,81 % dan unsur Sb

sebesar 96,49 %. Dengan hasil analisis yang diperoleh dapat dinyatakan bahwa adanya

pengaliran gas N2 pada sistem optik dapat menaikkan kinerja alat, hal ini dapat ditunjukkan

dengan perolehan limit deteksi yang lebih kecil dibanding tanpa gas N2. Pengembanganmetode analisis ini valid untuk konsentrasi diatas 1 ppm.

PENDAHULUAN

Int;Judlvely COUplA Plasma - AtomicEmission Spectrometry (ICP AES) Plasma 40merupakan alat untuk analisa unsur-unsur

logam dalam suatu bahi:m. Bahan yang akan

dianalisa harus berwujud larutan yang homogen.

Ada sekitar 80 unsur yang dapat dianalisadengan menggunakan alat ini. Kelebihan alat ini

adalah sangat selektif dan dapat digunakan

untuk mengukur beberapa unsur sekaligus

dalam setiap pengukuran[1], tetapi dengan

,-

201

semakin banyak permintaan pengukuran

ternyata alat ini mempunyai kelemahan yaitu

kurang sensitif terhadap pengukuran unsur yang

mempunyai panjang gelombang dibawah 200

nm. Keterbatasan pengukuran tersebut

ditunjukkan dengan nilai limit deteksi yang

diperoleh. Pad a penelitian sebelumnya tanpa

menggunakan asupan gas N2 diperoleh limit

deteksi 2,4370 ppm untuk As dan 3,8625 ppm

untuk unsur Sb. Sehingga untuk ii1e~gukur

konsentrasi sampel yang lebih rendah tidak bisa

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

dilakukan. Menurut petunjuk pengoperasian alatICP AES Plasma 40 dan Annual Book of ASTM

Standards[2] ada cara untuk mengatasi·

hambatan ini antara lain dengan cara pengaliran

gas N2 pada sistem optik. Gas N2 digunakan

untuk mengurangi kelembaban dan menghi­

langkan pengaruh udara atmosfir di sistem optik

sehingga diharapkan dapat meningkatkan

sensitivitas sinar yang dihasilkan dari unsur yang

mempunyai panjang gelombang dibawah 200

nm (dekat daerah Ultra Violet) dapat dideteksi

dengan baik[3] dan menurunkan limit deteksi

pengukuran. Pada penelitian ini akan dipelajari

pengembangan metode analisis menggunakan

alat ICP AES Plasma 40 dengan mengalirkan

gas N2 pada system optik, pengujian yang

dilakukan meliputi: konfirmasi identitas, limit

deteksi, linieritas standar, presisi dan akurasi

dengan pengukuran bahan standar yang

memiliki konsentrasi pada daerah linie~4].

Pengujian-pengujian diatas perlu dilakukan

selain dapat meningkatkan unjuk kerja alat dan

kualitas personil juga dapat meningkatkan

kepercayaan terhadap hasil pengukuran.

Prinsip Kerja alat ICP AES Plasma 40Prinsip umum pad a pengukuran ini

adalah mengukur intensitas energi/radiasi yang

dipancarkan oleh unsur-unsur yang mengalami

perubahan tingkat energi atom (eksitasi atau

ionisasi) [1]. Larutan sampel dihisap dan

dialirkan melalui capilarry tube ke Nebulizer.

Nebulizer merubah larutan sampel kebentuk

aerosol yang kemudian diinjeksikan oleh ICP.

Pada temperatur plasma, sampel-sampel akan

teratomisasi dan tereksitasi. Atom yangtereksitasi akan kembali ke keadaan awal

(ground state) sambil memancarkan sinar

radiasi. Sinar radiasi ini didispersi oleh

komponen optik. Sinar yang terdispersi, secaraberurutan rY1uncul pad a masing-masing

panjang gelombang unsur dan dirubah dalam

bentuk sinyal listrik yang besarnya sebanding

dengan sinar yang dipancarkan oleh besarnya

konsentrasi unsur. Sinyal listrik ini kemudian

diproses oleh sistem pengolah data [3J.

202

ISSN 0854 - 5561

Metodelogi KegiatanA.Bahan

Pada penelitian ini digunakan bahan­bahan antara lain: larutan standar As, Sb

bersertifikat (produksi SPEX), gas Ar HP, gas

N2HP, HN03dan aquadest.B. Peralatan

Alat yang digunakan adalah ICP

AES Plasma 40 dengan merk Perkin Elmer

dan beberapa peralatan gelas untuk

melakukan preparasi.

C. Tahapan Kerja

1. Persiapan sam pelDibuat larutan standar As dan

Sb pad a berbagai konsentrasi dengan

cara mengencer~ar1 larutan standarinduk As dan Sb menggunakan larutan

HN03 1,5 %. sebagai blangko dipakailarutan HN03 1,5 %.

2. Pelaksanaan Penelitian

- Sebelum dilakukan pengukuran

terhadap larutan standar maka perlu

menyiapkan kondisi operasi

eksternal diantaranya suhu ruanganberkisar antara 18-20 DC dan

exhaust ruangan berfungsi denganbaik.

Pengembangan metode analisis

dilakukan dengan melakukan

pengukuran larutan standar As dan

Sb pada berbagai konsentrasi

dengan tekanan aliran gas N2 yang

berbeda yaitu 5, 10 dan 20 psi.

Pengujian untuk setiap tekanan

aliran gas N2 meliputi: konfirmasiidentitas, limit deteksi, linieritas

standar, presisi dan akurasi dengan

pengukuran bahan standar yano

memiliki konsentrasi pad a daerahlinier. Konfirmasi identitas dilakukan

dengan melakukan pengukuransample standar pada konsentrasi

optimum berdasm buku petunjuk

alat, limit deteksi dan linieritas

standar dilakukan . dengan

Tabel 1. Hubungan tekanan dengan nilai limit

deteksi dan koefisien linier regresi

ISSN 0854 - 5561

melakukan pengukuran sam pel

blangko dan standar pad a berbagai

macam konsentrasi masing-masing

sebanyak 7 (tujuh) kali pengulangan,

selanjutnya besaran presisi dan

akurasi diperoleh dari pengukuran

sampel standar yang memiliki

konsentrasi pada daerah linier

sebanyak 7 (tujuh) kali pengukuran

dan dihitung nilai chi square pada

tingkat kepercayaan 95 %.

-Tekana

Limit deteksiKoefisien linier

gas N2

(ppm)regresi (R2)

(psi)

AsSbAsSb

5

1,70912,63170,98430,9952

101,56231,45730,99410,9955

201,28441,07850,99980,9925

Dari Tabel 1 terlihat bahwa dengan

semakin besar tekanan gas N2 yang digunakan

diperoleh nilai limit deteksi pengukuran yang

semakin kecil, hal ini dapat dikatakan bahwa

gas N2 berfungsi menghilangkan pengaruh

udara atmosfir dilingkungan sistem optik se­

hingga sinar yang dihasilkan dapat ditangkap

lebih jelas oleh optik. Fenomena ini men un­

jukkan bahwa adanya gas N2 dapat memper­

besar ketajaman pengukuran dan meningkat­

kan sensitifitas pengukuran.

Standar linieritas ditentukan dari pengu­

kuran sam pel unsur untuk tiap konsentrasi yang

berbeda, dimana pengukuran dilakukan pada

konsentrasi rendah (± 0,2 ppm) sampai dengan

konsentrasi yang tinggi (± 100 ppm). Kon­

sentrasi tertinggi dibatasi sampai dengan 100

ppm dikarenakan untuk menghindari kejenuhan

selang pipa masukan pada alat. Pad a Tabel 1

terlihat bahwa koefisien regresi dari persamaan

linier sekitar 0,9843 hingga 0,9998. Dari pustaka

diperoleh bahwa bila mana nilai koefisien regresi

yang diperoleh lebih besar dari 0,98, hal tersebut

menunjukkan ketepatan persamaan linier

terhadap data ukur cukup baik [5J.

203

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

Presisi dan akurasi

Presisi pengukuran ditunjukkan dengan

melakukan uji ripitabilitas. Ripitabilitas pengukur­an dilakukan dengan mengukur sample standar

yang memiliki konsentrasi pada daerah linier.

Untuk mengetahui keberterimaan dari hasil yang

diperoleh maka dilakukan uji chi square (X2 ),

yang dihitung dengan menggunakan rumus:

X 2 = L( Xi -X rt) 2/ Xrt (2)

Pad a umumnya derajat kepercayaan

yang diambil untuk pengukuran secara spek­trometri sebesar 95 % [4] . Pada tabel chi square

untuk harga df 6 dan derajat kepercayaan 95 %

diperoleh nilai 12,6 [5]. Syarat keberterimaan

berdasarkan chi square adalah nilai X2

pengukuran lebih kecil atau sama dengan nilai

yang diperoleh pad a tabel chi square.

Tabel 2. nilai chi square dan akurasiTekanan Nilai chi squareAkurasi (%)

gas N2

AsSbAsSb

(psi) 5

0,81431,492193,2089,40

104,44852,375196,6996,49

20

1,05021,275697,8193,55

Pada Tabel 2 terlihat bahwa nilai chi squre ada

dibawah nilai chi square tabel sehingga

dikatakan bahwa hasil yang diperoleh dapatditerima.

Akurasi dilakukan dengan mengukur

sample standar yang memiliki konsentrasi pada

daerah linier, selanjutnya dibandingkan dengan

nilai sertifikat. Pada Tabel 2 terlihat bahwa pada

tekanan gas N2 20 psi diperoleh nilai akurasi

yang tinggi. Nilai akurasi yang tinggi

menggambarkan bahwa ketepatan pengukuran.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Konfirmasi IdentitasPengukuran sample standar As dan

Sb dilakukan pada konsentrasi 100 ppm(sesuai dengan buku petunjuk alat ICP AESPlasma 40) pada ;'=193,759 nm dan untuk As;'=206,833 nm untuk Sb. Pengukuran inibertujuan untuk mencari kondisi optimumpengukuran. Pengukuran pada panjanggelombang dan setting latar yang tepat dapatmemberikan hasil spektrum yang berbentuk

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

lancip dan mempunyai koreksi latar yang kecil,sehingga diperoleh hasil pengukuran yangsebenarnya. Gambar spektrum As dan Sbdapat dilihat pada Gambar 1 dan 2.

Gambar 1. Spektrum As

Gambar 2. Spektrum Sb

Limit deteksi dan linieritas standar

Limit deteksi (loD) diperoleh dengan

mengukur intensitas blangko sebanyak 7

(tujuh) kali, selanjutnya dikonversi kepersama­an kurva kalibrasi yang merupakan hubunganantara konsentrasi dan intensitas. Hasil kon­

sentrasi blangko sebanyak 7 data dihitung kon­sentrasi rata-rata (Xrt) dan standar deviasinya

(SO). Untuk mengetahui nilai limit deteksi

dihitung dengan menggunakan rumus [4]:

loD= Xrt +(3xSD) (1)Standar linieritas dilakukan untuk

mendapatkan hasil pengukuran yang benar,linieritas dilakukan dengan mengukur

intensitas standar pada setiap konsentrasi

yang berbeda. Hasil linieritas yang baik

ditunjukkan dengan nilai koefisien linier regresi

yang mendekati 100 % atau 1. Hasil limitdeteksi dan linieritas standar untuk setiap

204

ISSN 0854 - 5561

pengukuran As dan Sb pad a variasi tekanan

dapat dilihat pada Tabel1.

KESIMPULAN

Hasil pengembangan metode analisis

menggunakan alat ICP AES Plasma 40 untuk

penentuan unsur As dan Sb diperoleh hasil yang

baik pada aliran gas Nz dengan tekanan 20 psi

dengan panjang gelombang untuk: As pad a 1\

193,759 nm, Sb pada 1\ 206,833 nm. Limit

deteksi unsur As 1,2844 ppm, untuk unsur Sb

1,0785 ppm. Standard linieritas unsur As

diperoleh mulai dari konsentrasi 1,2844 ppm,untuk unsur Sb mulai dari konsentrasi 1,0785

ppm. Ripitabilitas untuk setiap unsur As dan Sb

masuk dalam range tingkat kepercayaan 95%,

hal ini didasarkan pada keberterimaan nilai chi

square yang diperoleh. Sedangkan akurasiuntuk As sebesar 97,81 % dan unsur Sb

sebesar 96,49 %. Adanya pengaliran gas Nz

pada sistem optik dapat menaikkan kinerja alat,hal ini dapat ditunjukkan dengan perolehan limit

deteksi yang lebih kecil dibanding tanpa gas Nz.

Sehingga dapat dikatakan bahwa pengem­

bangan metode analisis ini valid untuk

konsentrasi diatas 1 ppm.

DAFTAR PUSTAKA

1. MANUAL ICP AES, PHilLIPS PV 8030,

Netherland, 1989.

2. ANNUAL BOOK of ASTM STANDARDS,

Optical Emission Spectrometric Analysis ofAlumunium and Aluminium Alloy by The

Point To The Plane Technique, Volume03.05.1992.

3. SITI AMINI, "Spektrometri Emisi", Pelatihandan Keahlian Analisis Kimia Bahan Nuklir

secara Spektrometri, PUSDIKLAT BATAN,

Serpong, 1997.4. YULIA KANTASUBRATA, "Validasi

Metod~", Ketidakpastian Pengukuran Hasil

Uji laboratorium, PUSDIKLAT BATAN ,

Serpong, 2003.5. ROBERT L. ANDERSON,"Practical

Statistics for Analytical Chemists" VanNo"Strand Reinhold Company,New

York,1987.

ISSN 0854 - 5561

LAMPIRAN

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

Tabel 3. Data analisa unsur As pada tekanan gas N2 5 psi

Sample Intensitas, yketerangan

(ppm), x

rata-rata

Blangka

-20;-11 ;-14;-7;-18;-15;-21 -15,1429

(0,0000)

R2 = 0,9843

0,2000

-14,1429Y = 2,7644 x - 4,8250

0,5000

-7,1429LaD = 1,7091

1,0000

-4,7143Nilai chi square = 0,8143

5,0000

11,2857Akurasi = 93,20 %

10,0000

30,7143

20,0000

73

40,0000

119

50,0000

123,2857

60,0000

151,7143

Uji

127; 124; 118; 114; 125; 124; 136124

ripitabilitas (50,0000)

Tabel 4. Data analisa unsur As pada tekanan gas N2 10 psi

ISample Intensitas, yketerangan

(ppm), x

rata-rata

Blangka

-20;-8;-17;-14;-15;-13;-20 -15,2857.~(0,0000)

R2 = 0,9941

0,2000

-14,1429Y = 2,7869 x - 6,9455

0,5000

-7,7143LaD = 1,5623

1,0000

I -4,2857Nilai chi square = 4,4485

5.0000

I12,8571Akurasi = 96,69 %I

I

10.0000 i 24,5714I 20,0000

I 61I40,0000

I 111,4286I 50.0000

, 129,2857

60,0000

M..: .••.

153,1429

Uji

156; 130; 140; 173;173; 139; 151131,7143

i ripitabilitas I (60,0000)

205

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

Tabel 5. Data analisa unsur As pada tekanan gas N2 20 psi

ISSN 0854 - 5561

Sample Intensitas, yketerangan

(ppm), x

rata-rata

Blangka

-17;-26;-26;-34;-25;-22;-18 -24

(0,0000)

R2 = 0,9998

0,2000

-11,5714Y = 8,4576 x - 17,6299

0,5000

-10,5714LaD = 1,2844

1,0000

-7,4286Nilai chi square = 1,0502~_." 5,0000

23,8571Akurasi = 97,81 %I10,0000

70,5714

20,0000

151,2857

40,0000

323,5714

50,0000

397,4286

60,0000

483,1429

100,0000

834,5714

Uji

358;372;424;411 ;392;421 ;394396

ripitabilitas (50,0000)

Tabel 6. Data analisa unsur Sb pada tekanan gas N2 5 psi

Sample Intensitas, yketerangan

(ppm), x

rata-rata

Blangka

-15;-8;-18;-18;-3;-23;-18-14,7143

(0,0000)

R2 = 0,9952

0,2008

-13,7143Y = 5,0063 x - 7,2705

0,5020

-7,4286LaD = 2,6317

1,0040

-2,8571Ni!ai chi square = 1,4921

2,0080

4,2857Akurasi = 89,40 %

5,0200

18,5714

10,0400

44,8571

50,2000270,8571

60,2400311,5714

80,3200

364,8571

Uji

279;274;267;304;276;241 ;268"272,7143ripitabilitas (50,2000)

206

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005

Tabel 7. Data analisa unsur Sb pada tekanan gas Nz 10 psi

Sample Intensitas, yketerangan

(ppm), x

rata-rata

Blangka

-8;-15;-16;-5;-12;-15;-8-11,2857

(0,0000)

RZ = 0,9955

I0,2008

-6,1429Y = 5,3058 x - 6,0899

0,5020

-5LaD = 1,4573

I1,0040

-3Nilai chi square = 2,3751

2,0080

5,4286Akurasi = 96,49 %

5,0200

21,1429

10,0400

43,4286

50,2000

270,7143

60,2400

345,7143

80,3200

289,8571

Uji

292,256,240,265,244,302,283268,8571

ripitabilitas _ (592?'QQ.QL .

. - ..

Tabe! 8. Data analisa unsur Sb pada tekanan gas Nz 20 psi

Sample Intensitas, yketerangan(ppm), x

rata-rata-

Blangka-27;3;-18;-3;-4;-5;-7 -8.7143

(0,0000)RZ = 0,9925

0,1004

-6,4286Y = 12,0389 x - 8,9848

0,2008

-4,7143LaD = 1,0785

0,5020

2Nilai chi square = 1,2756

1,0040

4Akurasi = 93,55 %

2,0080

15,1429

5,0200

68,285710,0400

154,1429

20,0800305,2857

30,1200

341,8571

60,2400

860,5714

80,32UU

I ..994,7143

-----100,4000-

1123,14291---'- Uji339; 327; 327 ;393; 309;365; 368346,8571

ripitabilitas (30,1200)

207