SPEKTROSKOPI SERAPAN ATOM (SSA)

A. Teori Spektroskopi Serapan Atom

Spektroskopi serapann atom dalam kimia analitik adalah tekhnik yang

digunakan untuk menentukan konsentrasi dari unsure logam dalam sample yang

dianalisis. SSA dapat digunakan untuk menganalisis 62 logam yang berbeda dalam

larutan.

Metode SSA (AAS : Atomic Absorption Spectroscopy) berprinsip pada

absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang

gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Misalkan Natrium menyerap

pada 589 nm, uranium pada 385,5 nm, sedanga kalium pada 766,5 nm. Cahaya pada

panjang gelombang ini mempunyai cukup energi untuk mengubah tingkat elektronik

suatu atom. Transisi elektronik suatu unsure bersifat spesifik. Dengan absorpsi energi,

berarti memperoleh lebih banyak energi, suatu atom pada keadaan dasar dinaikkan

tingkat energinya ke tingkat eksitasi. Tingkat-tingkat eksitasinya pun bermacam-

macam misalnya unsure Na dengan nomor atom 11 mempunyai konfigurasi electron

1s22s22p63s1, tingkat dasar untukelektron valensi 3s, artinya tidak memiliki kelebihan

energi. Electron ini dapat tereksitasi ke tingkat 3p dengan energi 2,2 eV ataupun ke

tingkat 4p dengan energi 3,6 eV, masing-masing sesuai dengan panjang gelombang

sebesar 589 nm dan 330 nm.

Spectrum atomic untuk masing-masing unsure terdiri atas garis-garis

resonansi. Garis-garis lain yang bukan garis resonansi dapat berupa spectrum yang

berasosiasi dengan tingkat energi molekul, biasanya berupa pita-pita lebar atau pun

garis tidak berasal dari eksitasi tingkat dasar yang disebabkan oleh proses

atomisasinya.

Nj = Pj exp - Ej

No Po KT (1)

Jika Nj dan No masing-masing jumlah atom tereksitasi dan atom pada

keadaan dasar K tetapan Boltzman (1,38 x 10-16 erg/K) T temperature absolute (K)

Ej perbedaan energi tingkat eksitasi dan tingkat dasar. Pj dan Po factor static yang

ditentukan oleh banyaknya tingkat yang mempunyai energi setara pada masing-

masing tingkat kuantum. Pada umumnya fraksi atom tereksitasi yang berada pada gas

yang menyala, kecil sekali. Pengendalian temperature nyala penting sekali. Kenaikan

temperature menaikkan efisiensi atomisasi. Tenaga radiasi I akan menentukan jumlah

atom tereksitasi sesuai dengan persamaan :

Pτ =h γNj Aτ (2)

Dimana Pj tenaga radiasi dalam nyala h tetapan Planck = 6,6 x 10-34

joule/det, V frekuensi puncak garis spectral, Aτ koefisien Einstein, yaitu jumlah

transisi tiap atom tiap detik. Nilainya sekitar 108 transisi.

Ditinjau dari hubungan antara konsentrasi dan absorbansi, maka Hukum

Lambert-Beer dapat dapat digunakan jika sumbernya adalah monokromatis. Pada

AAS, panjang gelombang garis absopsi resonansi identik dengan garis-garis emisi

disebabkam keserasian transisinya. Untuk bekerja pada panjang gelombang ini

diperlukan suatu monokromator celah yang menghasilkan lebar puncak sekitar 0,002

– 0,005 nm. Jelas pada teknik AAS, diperlukan sumber radiasi yang mengemisikan

sinar pada panjang gelombang yang tepat sama pada proses absorpsinya. Dengan cara

ini efek pelebaran puncak dapat dihindarkan. Sumber radiasi tersebut dikenal sebagai

lampu Hollow cathode.

B. ATOMISASI (NYALA, ELEKTROTERMAL)

SSA mengukur absorbsi dari radiasi cahaya oleh atom dalam bentuk gas.

Atomisasi dapat dilakukan baik dengan nyala (flame) maupun dengan tungku

( grafhite furnace).

1. Flame.

Untuk mengubah unsur logam menjadi uap atau hasil disosiasi diperlukan

energi panas. Temperatur harus benar – benar terkendali dengan sangat hati – hati

agar proses atomisasinya sempurna. Ionisasi harus dihindarkan dan ini dapat terjadi

bila temperature terlalu tinggi.

Bahan bakar dan gas oksidator dimasukkan kedalam pencampur

kemudiandilewatkan melalui baffle mennuju kepembakar. Nyala akan dihasilkan.

Sampel dihisap masuk ke kamar pencampur. Hanya tetesan kecil yang dapat melalui

baffle. Tetapi hal ini tidak selalu sesempurna ini, karena kadangkala nyala tersedot

balik ke dalam kamar pencampur sehingga menghasilkan ledakaan. Untuk itu

biasanya lebih disukai pembakar dengan luibang yang sempit dan aliran gas

pembakar serta oksidator dikendalikan dengan seksama.

Dengan gas asetilen dan oksidator udara tekana, temperature maksimujm yang

tercapai adalah 1200oC, untuk temperature tinggi biasanya digunakan N:O::2:1.

Karena banyaknya interferensi dari efek nyala (flame) yang tersedot balik, nyala

mulai kkurang digunakan.

2. Graphite Furnace.

Pada tungku grafite temperature dapat dikendalikan secara elektris. Biasanay

temperatur dinaikkan secara bertahap, untuk menguapkan dan sekaligus mendisosiasi

senyawa yang dianalisis. Grafhite furnace memiliki keuntungan dibandingkan dengan

flame, yaitu lebih efiseien dibandingkan nyala, dapat menerima sample dalam jumlah

yang sangat sedikit atau kecil.

Picture of a graphite-furnace atomic-absorption spectrometer

C. Instrumen Untuk SSA.

Cara kerja AAS (Atomic Absorbption Spectroscopy) / Spektroskopi Serapan

Atom :

Setiap alat AAS terdiri atas tiga komponen berikut :

1. Sumber radiasi

Sumber radiasi didesain untuk mengemisi spktrum atom dari partikel unsure.

Lampu yang digunakan dipilih spesifik berdasarkan unsure yang akan

dipisahkan:

- Hallow Cathode Lamp (HCL) .

- Elektrodeles lamps yang secara luas digunakan.

2. Unit Atomisasi

Atomisasi dapat dilakukan baik dengan nyala maupun dengan tungku.. Untuk

mengubah unsur metalik menjadi uap atau hasil disosiasi diperlukan energi

panas.Temperatur harus benar-benar terkendali dengan sangat hati-hati agar

proses atomisasinya sempurna

3. Pemisah Cahaya.

Berupa monokromator, baik itu yang berlensa cekung atau cembung.

4. Detektor

Detektor yang seirng digunakan pada Spektroskopi Serapan atom adalah

Photomutiplier tube.

Lampu2 Tabung foto

Katoda berongga lensa motor emisi lensa penguat pemutar sampel

Diagram optis SSA

Cara kerja :

1. radiasi dari lampu hidrogen atau deutrium lewat melalui sample bersamaan

dengan radiasi resonansi dari lampu hollow cathode.

2. Dengan menggunakan sistem elektronik (chopper motor) signal dari kedua

sumber ini diatur perbandingannya. Umumnya ini dilakukan dengan laju

yang berbeda.

3. Kemudian berkas cahaya akibat absorbpsi latar belakang dan akibat

penghamburan dapat ditiadakan degan sistem ini , sehingga hanya radiasi

resonansi yang akan terabsorbpsi oleh sampel. Suatu fraksi tertentu uap

logam akan tereksitasi.

4. Kemudian atom tereksitasi ini akan mengemisikan radiasi resonansi ke semua

arah pada panjang gelombang yang sesuai, monokromator akan melewatkan

radiasi ini.

5. Bila ditinjau dari sumber radiasi, haruslah bersifat sumber yang kontinyu,

tetapi radiasi dari hollow cathode tidak boleh bersifat kontinyu , karena kalau

kontinyu sulit sekali untuk membedakannya dari radiasi palsu yang

ditransmisikan lampu. Chopping berfungsi mengatur potensial yang

diberikan terhadap lampu itu sendiri dengan mekanisme rodanya yang

berputar, sehingga menghasilkan pulsa-pulsa tertentu.

6. Pada Detector dapat diatur sedemikian rupa pada nilai frekuensi tertentu,

sehingga tidak memberikan respon terhadap emisi yang berasal dari eksitasi

termal.

Spectroscopy penyerapan atom menggunakan penyerapan cahaya untuk

ukuran konsentrasi dari atom berwujud gas. Contoh biasanya cair dan padat, hitungan

aton atau ion-ion harus ditunjukkan dalam grafik. Penyerapan atom ultraviolet atau

cahaya tampak dan pembuatan transisi untuk tingkatan energi elektronik paling

tinggi. Koncentration hitungnya ialah perbedaan dari penyerapan. Aplikasi dari

hokum beer diterbitkan dalam spectroscopy AA yang sulit untuk memvariasi dalam

atom efisien dari contoh matrix, dan nonuniformity dari concentration dan panjang

dari hitungan atoms (dalam graphite AA). Ukuran koncentration biasanya dibedakan

dari kurva kerja working curve setelah mengkalibrasi alat dengan standards dari

konsentrasi yang kita ketehui.

Schematic of an atomic-absorption experiment

Schematic of an atomic-absorption

D. Aplikasi SSA.

Pemakaian Analitis SSA

Teknik SSA menjadi alat yang canggih dalam analisis. Ini disebabkan di antaranya

oleh :

Pertama, Kecepatan analisisnya, ketelitiannya sampai tingkat runut, tidak

memerlukan pemisahan pendahuluan.

Kelebihan keduanya adalah kemungkinannya untuk menentukan konsentrasi

semua unsure pada konsentrasi runut.

Ketiga, sebelum pengukuran tidak selalu perlu memisahkan unsur yang

ditentukan karena kemungkinan penentuan suatu unsure dengan kehadiran

unsure lainnya dapat dilakukan asalkan katoda berongga (hallow cathode)

yang diperlukan telah tersedia.

Metode SSA sangat tepat untuk analisis zat pada konsentrasi rendah. Kelebihan

teknik ini yakni eksitasi unsure – unsure dengan tingkat energi eksitasi yang rendah

dapat dimungkinkan terjadi. Tentu saja dengan perbandingan banyaknya atom yang

tereksitasi, terhadap atom yang berada pada tingkat dasar harus cukup besar, karena

metode serapan SSA hanya tergantung pada perbandingan ini dan tidak bergantung

pada temperature. Metode serapan SSA sangatlah spesifik. Logam – logam yang

membentuk campuran kompleks dapat dianalisis dan selain itu tidak selalu diperlukan

sumber energi yang besar.

Aplikasi Spektroskopi Serapan Atom (SSA) dapat digunakan sampai enam puluh

satu (61) logam. Dan unsur non logam yang dapat dianalisis dengan SSA adalah

Fosfor dan Boron.Logam alkali dan alkali tanah paling baik ditentukan dengan

metode emisi secara fotometri nyala. Unsur – unsure dalam air juga dapat dianalisis

dengan SSA, demikian juga analisis isotop litium.

Spektroskopi serapan atom umumnya digunakan untuk analisa kuantitatif, yaitu

dengan mengukur absorban dari jenis laruta yang diketahui konsentrasinya. Kurva

kalibrasi dan persamaan garis lurus dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi

yang tidak diketahui berdasrkan perbandingan absorbans.