Pengertian
Spektrofotometri
Spektrofotometri
merupakan suatu metode analisa yang didasarkan padapengukuran serapan sinar
monokromatis oleh suatu jalur larutan berwarna pada panjang gelombang tertentu.
Spektrofotometri
serapan Atom adalah merupakan alat yang
digunakan unntuk analisis penentuan unsur-unsur logam dan metaloid yang didasarkan
pada penyerapan atom bebas.
AAS
umumnya digunakan untuk menganalisis unsur, spektrofotometer absorpsi atom
jugadikenal sistem single beam dan double beam layaknya UV-VIS
Teknik
ini dikenalkan oleh ahli kimia pada tahun 1955 oleh alan walsh dan alkemade
dan milliatz di belanda komersialisasi
pertama kali dilakukan tahun1959 dan banyak sekali yang menggunakannya.
Permasalahan yang terjadi sebelum tahun tersebut adlah sifatatommenciptakan
garis absorpsi yang sangat langka.
Prinsip
Dasar
Spektrofotometri
Serapan Atom digunakan untuk menganalisis konsentrasianalit dalam sampel.
Elektron pada atom akan tereksitasipada orbital yang tinggi dalam waktu yang
singkat dengan menyerap energi. Secara umum setiap panjang gelombangakan
bereaksi pada satu jenis elemen sehingga inilah yang menjadi kelemhan
penggunaan alat ini. Selisih nilai absorbansi blanko ( tanpa sampel yang
ditargetkan) dibandingkan dengan sampel uji merupakan nilai konsentrasi
zattarget yang diinginkan. Ketika nilai konsentrasi sudah diketahui, maka dapat
diketahui satuan massa yang lain. Dalam pengukurannya dibutuhkan sebuah kurva
standar yang elemennya adalah konsentrasi analit dibandingkan dengan nilai
absorbansi (serapan). Kurva standar dibuat menggunakan larutan yang telah diketahui
konsentrasi zat yang ingin diuji dengan berbagai perbedaan konsentrasi.
Teori
Atom Bohr
Pada tahun 1913 Niehls Bohr mengajukan beberapa hipotesis sebagai berikut :
1. Pada suhu biasa elektron-elektron didalam atom beredar mengelilingi inti
atom dengan energi yang paling rendah tanpa memancarkan atau menyerap energi.
Elektron dalam keadaan stasioner (keadaan dasar/ground state)
2. Bila atom menyerap sejumlah energi dari luar (panas, cahaya)
elektron-elektron akan meloncat ketingkat energi yang lebih tinggi, atau yang
berada pada jarak yang lebih jauh dari inti. Elektron dalam keadaan tereksitasi
(atomnya disebut atom tereksitasi) yang sifatnya sementara.
3. Bila sebuah elektron berpindah ke suatu tingkat energi yang lebih rendah
akan dibebaskan sejumlah energi
4. Tingkat-tingkat energi yang dapat ditempati elektron dalam suatu atom banyak
sekali, perbedaan antara tingkat-tingkat energi makin kecil bila makin jauh
dari inti atom
5. Elektron-elektron tidak dapat berada pada tempet-tempat diantara dua tingkat
energi dan hanya dapat meloncat dari satu tingkat ketingkat energi lainnya
6. Makin jauh elektron berpindah dari tingkat energi yang lebih tinggi
ketingkat energi yang lebih rendah makin tinggi energi sinar yang dipancarkan
dan makin besar pembiasan yang dialami sinar dalam prisma.
Menurut Bohr elektron-elektron suatu
atom bergerak pada jarak tertentu mengelilingi intinya dan mempunyai lintasan
atau orbit tertentu seperti planet dalam susunan tata surya. Setiap atom suatu
unsur mempunyai konfigurasi yang spesifik, energi eksitasinya pun spesifik,
sehingga sinar emisi setiap unsur spesifik. Menurut teori atom yang terbaru
yaitu teori kuantum, dikatakan bahwa setiap kulit elektron terdiri dari
beberapa subkulit (s, p, d dan f) sesuai dengan nomor kulitnya.
Elektron valensi atau elektron
terluar memegang peranan dalam SSA, elektron ini dapat mengabsorpsi energi
cahaya.
Ada dua sifat khas dari absorpsi ini yang menjadi keunggulan dari SSA:
1. Panjang gelombang (λ) cahaya yang diabsorp atom bebas suatu unsur sama
dengan λ cahaya emisi atom unsur tersebut. Sifat ini yang memberikan
selektifitas yang tinggi, sehingga dengan SSA kita dapat melakukan penentuan
kadar suatu ion logam tanpa melakukan pemisahan, walaupun banyak kation lain.
2. Jumlah atom yang tereksitasi oleh energi cahaya yang jauh lebih banyak dari
energi panas. Sifat ini yang menyebabkan sensitifitas yang tinggi, sehingga
dengan SSA kita dapat menetapkan dalam ppm bahkan ppb.
Komponen
SSA
1. Suplai
daya
2. Tabung
katoda
berongga, yang direkomendasikan oleh
Walsh, berisikan sebuah anoda yang terbuat dari tungsten dan katoda silindiris
yang berongga; tabung berisi gas inert seperti neon dan argon pada tekanan
rendah (1-5 torr). Atom-atom gas diionisasi dan bergerak cepat menuju katoda negatif,
di mana tabrakan dengan permukaan yang akan melepaskan atom-atom logam katoda.
Fenomena ini disebut desisan (sputtering). Atom logam yang terpercik akan
mengalami eksitasi; kemudian, dalam dalam daerah lain yang lebih dingin, mereka
akan memancarkan spektrum garis yang tampak seperti pijaran.
3 Pencacah,
yang diletakkan antara sumber cahaya dan
pembakar. Alat ini digunakan untuk modulasi cahaya yang keluar dari tabung
katoda berongga. Alat ini akan berputar dengan kecepatan konstan sehingga
cahaya akan mencapai pembakar dari intesnitas nol hingga maksimum dan kembali
ke nol.
4 pembakar.
Dalam ruang pembakar terdapat atomizer. Untuk
menganalisis serapan atom, sampel harus diatomisasi. Atomizer yang umumnya
dipakai adalah pijaran api dan elektrotermal (tabung grafit). Penggunaan
pijaran api merupakan teknik yang paling kuno dengan membakar campuran gas.
Umumnya gas yang dibakar adalah hidrogen dan oksigen yang akan menghasilkan
panas mencapai 2700 °C. Sampel cairan disemprot menuju bara api menggunakan pengkabut
(nebulizer), sehingga akan menjadi berbentuk aerosol mirip seperti penyemprot
parfum. Gas yang digunakan untuk membakar juga dialirkan dalam ruang pembakar,
sehingga harus diperhatikan laju perambatan nyala dan laju aliran gas ke dalam
ruangan. Jika laju perambatan nyala lebih besar dari laju aliran gas, maka akan
terjadi sebuah ledakan. Penggunaan pijaran api memiliki keunggulan yaitu tetes
halus aerosol yang lebih seragam, tetapi kelemahannya adalah 80-90% sampel
diarahkan ke saluran pembuangan, sehingga kurang efisien dalam penggunaan
jumlah sampel. Penggunaan grafit kadang-kadang lebih unggul bila dituntut untuk
kepekaan yang lebih tinggi. Beberapa mikroliter sampel ditaruh pada batang
grafit atau dalam lekukan suatu krus grafi yang kecil, lalu dialiran arus
melalui alat pencuplikan sampel. Suhu dapat dinaikkan dengan sangat cepat yaitu
2000-3000 °C, maka terbentuk awan dari uap atom dalam beberapa detik. Uap itu
dimasukkan ke dalam aliran gas lebam seperti argon untuk mencegah proses
oksidasi dari bahan atomizer itu sendiri dan menggerakan sampel secepatnya
melewati atomizer sehingga tidak mengkontaminasi dinding.
5 Monokromator.
Berfungsi untuk menyeleksi sinar pada
panjang gelombang tertentu yang dapat melewati sampel yang berasal dari tabung
katoda. Monokromator diletakan pada antara pembakar dan detektor.
6 Detektor.
Detektor yang berguna untuk mengubah
kekuatan cahaya menjadi sinyal elektrik, dapat berupa tabung pengganda foton
(photomultiplier tube) karena garis-garis yang ditangani tergolong dalam sinar
UV-tampak.
7 Penguat
sinyal.
8 Komputer
untuk memvisualisasi dan mengolah data.
Gangguan Pada SSA
Gangguan didefinisikan sebagai suatu
pengaruh dari komponen matriks pada hasil analisis. Gangguan menyebabkan
perbedaan kelakuan pada sampel dan larutan kalibrasi.
Gangguan dapat dibagi menjadi dua golongan: gangguan spektra dan gangguan
nonspektra.
1.
Gangguan
Spektra (Spectral Interference), menyebabkan kenaikan absorpsi
a. Spektra Latar Belakang
(Background Spectral)
Disebabkan oleh penghamburan partikel dalam atomisasi atau absorpsi molekuler,
antara lain disebabkan oleh sulitnya pemecahan oksida, hidroksida atau halida.
Dapat ditanggulangi menggunakan lampu D2.
Band pass width dari atom-atom logam hanya akan menyebabkan sedikit sekali
cahaya dalam spektrum kontinu dari lampu D2 yang akan diabsorp oleh atom.
Sebaliknya, spesi penyebab gangguan yang masih merupakan molekul akan memiliki
kemampuan yang baik dalam mengabsorp cahaya dari lampu D2 yang dialirkan
terputus-putus.
dalam keadaan tanpa cahaya yang berasal dari lampu D2 baik atom maupun spesi
pengganggu akan sama-sama menyerap energi yang berasal dari HCL dan dinyatakan
sebagai Atomic Absorption (AA) dan BackGround Absorption (BG). Pada keadaan
dilewatkan berkas cahaya D2, serapan hanya akan dilakukan oleh spesi pengganggu
dan hanya memberikan respon berupa BackGround Absorption (BG).
Dengan demikian, untuk memperoleh nilai serapan yang sebenarnya tinggal
dihitung AA+BG dari tahapan pertama, dikurangi BG dari tahapan kedua,
menghasilkan
(AA + BG) – BG = AA
b. Adanya λ dari unsur lain yang
sangat dekat dengan analit seperti berikut:
• Cd λ 288,802 nm diganggu As λ 288,812 nm
• Mg λ 285,213 nm diganggu Fe λ 285,179 nm
• Zn λ 213,856 nm diganggu Fe λ 213, 859 nm dan Cu λ 213,850 nm
Gangguan tersebut sulit dihilangkan, cara mengatasinya adalah dengan melakukan
pengukuran pada λ lainnya, walaupun biasanya akan memberikan hasil yang kurang
sensitif.
1.
Gangguan
Nonspektra (Nonspectral interference) menyebabkan kenaikan atau penurunan
absorpsi.
2.1 Gangguan Transportasi
Biasa juga disebut sebagai gangguan fisika, karena penyebab gangguan jenis ini
adalah sifat-sifat fisika (tegangan permukaan, kekentalan dan berat jenis).
Sifat ini mempengaruhi mulai dari proses pengisapan pada pipa kapiler,
pembentukan aerosol dan pengalirannya ke dalam nyala.
Pelarut organik memberikan efek positif (hasil yang lebih besar) dikarenakan
mempunyai berat jenis, tegangan permukaan dan kekentalan yang lebih rendah
dibandingkan air. Tegangan permukaan yang lebih rendah akan membentuk butir
aerosol yang lebih halus, sehingga lebih banyak yang masuk ke dalam flame.
Garam anorganik, asam anorganik dan molekul organik makro (protein, gula) akan
membentuk butir yang lebih besar sehingga bagian yang masuk ke dalam flame akan
lebih sedikit, hal ini akan mengurangi sensitifitas dan menyebabkan efek
negatif (hasil yang lebih kecil).
2.2 Gangguan ionisasi
Adanya atom dari unsur yang mudah terionisasi pada suhu flame, akan menyebabkan
gangguan kesetimbangan pembentukan ion dan atom dari unsur yang sedang
ditetapkan, terlebih bila kepekatan unsur pengganggu cukup besar, misalnya Na.
M M+ + e (contoh)
Na Na+ + e (pengganggu)
Elektron dari Na akan menggeser kesetimbangan pertama ke kiri. Dengan demikian
jumlah atom yang terbentuk seolah lebih besar sehingga menyebabkan absorpsi
cahaya akan naik dan terjadi kesalahan positif. Untuk menanggulanginya,
digunakan larutan buffer radiasi misalnya larutan CsCl dan SrCl2.
2.3. Gangguan Emisi
Atom bebas dapat tereksitasi bila menyerap sejumlah energi baik energi cahaya
maupun energi panas (flamefotometri), sehingga pada saat kembali ke keadaan
dasar, akan melepaskan cahaya emisi. Karena λ cahaya emisi sama dengan λ cahaya
yang ditransmisikan (dari HCL), gangguan jenis ini tidak dapat dihilangkan oleh
monokromator. Untuk menanggulangi gangguan ini digunakan modulator.
Ada 2 jenis sistem modulasi:
a. Modulasi elektronik
Oleh modulator sinar dari HCL dibuat berkedip pada frekuensi tertentu, sehingga
saat diterima detektor akan dihasilkan arus yang gambarnya seperti pada gambar
23a, yang identik dengan kurva arus bolak-balik. Sedangkan sinar emisi yang
berasal dari flame, merupakan sinar kontinu sehingga bila diterima detektor
akan dihasilkan kuat arus yang tetap seperti pada gambar 23b, yang identik
dengan kurva arus searah. Dengan penyaringan menggunakan suatu alat, yang masuk
ke dalam sistem pembacaan hanya berupa arus bolak balik (It), sedangkan arus
searah (cahaya emisi) dihilangkan. Modulasi elektronik digunakan dalam SSA
single beam (lihat gambar 10a).
b. Modulasi mekanik
Sistem modulasi mekanik terdapat pada SSA Double Beam (Gambar 10b). Oleh
chopper, cahaya yang masuk ke dalam flame akan dibuat gelap terang (tertahan
baling-baling). Dengan demikian cahaya transmisi (It) pun menjadi gelap terang.
Saat diterima oleh detektor akan dihasilkan kurva arus bolak-balik. Sedangkan
yang berasal dari cahaya emisi dihasilkan kurva arus searah. Yang diteruskan
hanya It.
Keuntungan
metoda AAS adalah:
·
Spesifik
·
Batas (limit) deteksi
rendah
·
Dari satu larutan yang
sama, beberapa unsur berlainan dapat diukur
·
Pengukuran dapat
langsung dilakukan terhadap larutan contoh (preparasi contoh sebelum pengukuran
lebih sederhana, kecuali bila ada zat pengganggu)
·
Dapat diaplikasikan
kepada banyak jenis unsur dalam banyak jenis contoh.
·
Batas kadar-kadar yang
dapat ditentukan adalah amat luas (mg/L hingga persen.
Aplikasi
Aplikasi yang
menggunakan spektroskopi serapan atom ini telah banyak digunakan untuk:
Menguji keberadaan logam besi dalam air
Logam Fe2+ diuji menggunakan spektroskopi
yang memakai grafit pada panjang gelombang 248,3 nm. Logam ini diperoleh dari
fraksi air-metanol. Dari hasil penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa
penggunaan larutan organik dapat menurunkan keakuratan analisis logam.
Analisis kuantitatif metalloenzim
terimobilisasi.
Tujuan dari penelitian ini adalah mengukur
kadar enzim hidrogen peroksidase dengan mengintepretasi jumlah logam besi yang
dikandung dari enzim tersebut. Imobilisasi enzim menggunakan kain karena teknik
yang dilakukan yaitu adsorpsi, kovalen dan kovalen dengan tambahan ikatan
seberang silang. Kain tersebut direndam dalam larutan asam sulfat, lalu cairan
tersebut dioksidasi dengan tambahan enzim hidrogen peroksidase. Cairan tersebut
lalu diukur menggunakan spektroskopi yang menggunakan pijaran api pada panjang
gelombang 248,3 nm.
Menguji logam vanadium di dalam tanah.
Penelitian ini menggunakan spektroskopi
yang memakai grafit.[6] Tanah yang ingin diuji direaksikan dengan berbagai asam
anorganik yang merupakan proses digesti. Ketika didapatkan konsentratnya dalam
asam klorida baru diencerkan dengan air dan dideteksi dengan spektroskopi.
Menganalisis elemen kelumit (trace element)
pada jaringan kelinci.
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis
beberapa elemen kelumit (besi, tembaga, dan seng) pada jaringan kelinci yang
memiliki pola makan tinggi kadar lemak. Hasil dari penelitian ini adalah logam
besi ternyata mampu mempercepat proses aterosklerosis.
