Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) Setiani Ibrahim 23714002 Desyana Olenka M 20213073 Mata Kuliah Karakterisasi Material Lanjut Dosen Pengampu : Dr.Ir. Aditianto Ramelan / Ari Wibowo, PhD Program Studi Magister Ilmu dan Teknik Material Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung 16 April 2015

Legal statement The contents of this presentation for academic purpose not the most correct one The authors are not responsible for the future usage of this presentation Any mistake will be your own risk All copyrighted materials are acknowledged

MEASUREMENT TECHNIQUES INTRODUCTION BASIC PRINCIPLES APPLICATION SAMPLE PREPARATION INSTRUMENTATION MEASUREMENT TECHNIQUES LIMITATION ARTIFACT RELEVANT TECHNIQUES AAS-MAP

INTRODUCTION AAS (Atomic Absorption Spectroscopy) adalah prosedur analitik spektro untuk menentukan unsur secara kuantitatif, menggunakan absorption optical radiation pada atom bebas dalam keadaan gas http://en.m.wikipedia.org

AAS dapat digunakan untuk menentukan lebih dari 70 elemen yang berbeda Element yang dapat dideteksi oleh AAS yang berwarna pink pada tabel periodic www.ewr.cee.vt.edu

BASIC PRINCIPLES Light Source Detector Sample Compartment AAS merupakan metode analisis yang berdasarkan pada proses penyerapan energi radiasi oleh atom-atom yang berada pada tingkat energi dasar (ground state) Penyerapan tersebut menyebabkan tereksistasinya elektron dalam kulit atom ke tingkat energi yang lebih tinggi Keadaan ini bersifat labil sehingga elektron akan kembali ke tingkat energi dasar dan mengeluarkan energi yang berbentuk radiasi Atom bebas akan berinteraksi dengan berbagai bentuk energi, Interaksi pada atom bebas akan menghasilkan absorpsi dan emisi (pancaran) serta radiasi dan panas Radiasi yang dipancarkan bersifat khas karena mempunyai panjang gelombang berbeda untuk setiap atom Basset,J.1994,Vogel Kimia Analisa Kuantitatif Anorganik, EGC

Mengukur ketidakmurnian pada paduan logam dan proses reagen APLICATION Mengukur ketidakmurnian pada paduan logam dan proses reagen Water analysis Analisis atau sampling udara Analisis padatan dari bijih mineral (ores) dan finished metals ASM Handbook volume 10

Atomic Absorption Spectrophotometer Sampel Light Source (Hollow cathode) Atomisasi Departemen Kimia – ITB Jl. Ganesa no.10 Bandung

TAHAPAN PROSES AAS Filter Readout Photodetector Amplifier 0.245 Sampel Filter Readout Photodetector Amplifier Ruang pengkabutan Hollow cathode C2H2 O2 Lensa

SAMPEL TEKNIK PREPARASI Bentuk : Padat, larutan, dan gas (mercury) SAMPLE PREPARATION SAMPEL Bentuk : Padat, larutan, dan gas (mercury) Ukuran : tergantung pada teknik yang digunakan, dari miligram (solid by graphite furnace) sampai 10 ml untuk larutan pada flame work yang konvensional Persiapan : tergantung pada tipe atomisasi yang digunakan, biasanya harus mempersiapkan larutannya TEKNIK PREPARASI Sampel cair: dilarutkan dengan air secara kuantitatif, kemudian ditambahkan asam secukupnya Sampel padat: dilakukan dekstrusi ASM Handbook volume 10

DEKSTRUSI Dekstrusi dapat dilakukan dengan cara berikut: Cara Kering Diabukan dengan menggunakan furnace pada suhu tertentu. Jika perlu ditambahkan “ashing aid”. Selanjutnya abu dilarutkan dalam asam dan diencerkan secara kuantitatif. Direkomendasikan untuk analisis Ag, Al, As, Ba, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, Sb, Se, Ti, V dan Zn. Cara basah Dilarutkan dalam asam kuat (atau campuran asam kuat), kemudian dipanaskan dalam labu Kjedahl/gelas kimia. Kisatkan, larutkan dalam air, masukkan ke dalam labu ukur dan saring. Asam yang digunakan secara bersama-sama dengan HNO3 dalam preparasi contoh untuk destruksi logam. Pelatihan Instrumen LKI UPI

Tidak Direkomendasikan untuk Material yang mengandung silika No. Asam Dapat Membantu untuk Tidak Direkomendasikan untuk 1. HCl SB, Ru, Su Th, Pb 2. H2SO4 - Ag, Pb, Ba 3. HClO4 Zat Organik 4. HF Material yang mengandung silika Penggunaan HNO3 digunakan pada sampel yang bersih atau material yang mudah teroksidasi Penggunaan HNO3–H2SO4 atau HNO3–HCl digunakan untuk zat organik yang mudah teroksidasi Penggunaan HNO3–HClO4 atau HNO3-HF diperlukan pada sampel yang mengandung zat organik yang sulit teroksidasi atau mineral yang mengandung silikat Pelatihan Instrumen LKI UPI

LIGH SOURCE (SUMBER CAHAYA) INSTRUMENTATION LIGH SOURCE (SUMBER CAHAYA) Sumber cahaya berasal dari lampu katoda yang berbeda untuk setiap unsur/ elemen. Pada metoda ini, cahaya dari sumber diarahkan untuk melewati analit menuju ke detektor. Semakin besar jumlah sampel yang ada maka semakin besar absorbansi yang dihasilkan oleh sampel Jenis sumber radiasi antara lain, Hollow Cathode Lamps (HCL), Electrodeless discharge lamps (EDL) dan Deuterium Lamps . http://en.m.wikipedia.org

Hollow Cathode Lamps Terdiri dari katoda cekung silindris terbuat dari unsur yang sama dengan unsur yang akan dianalisis dan anoda yang terbuat dari tungsten. Dengan memberikan tegangan pada arus tertentu, sampel yang akan dianalisis akan memijar dan atom katodanya akan teruapkan dengan pemercikan. Atom akan tereksitasi kemudian mengemisikan radiasi pada panjang gelombang tertentu. http://en.m.wikipedia.org

Lampu katoda diletakan pada tempat khusus pada instrument Lampu katoda untuk Aluminium (Al) Lampu katoda diletakan pada tempat khusus pada instrument Homepage University of Michigan-Dearborn, Science Learning Center, June 2002

Electrodeless Discharge Lamp Electrodeless Discharge Lamp mempunyai prinsip kerja yang hampir sama dengan Hollow Cathode Lamp tetapi mempunyai output radiasi lebih tinggi, biasanya digunakan untuk analisis unsur-unsur As dan Se, karena pada HCL untuk unsur-unsur tsb, signalnya lemah dan tidak stabil. http://en.m.wikipedia.org

ATOMIZER (ATOMISASI SAMPEL) SISTEM NYALA Sampel diintroduksikan dalam bentuk larutan, kemudian dimasukan pada sistem nyala dalam bentuk aerosol. Aerosol dihasilkan oleh nebulizer (pengabut) kemudian dihubungkan ke sistem nyala oleh ruang penyemprot (chamber spray). JENIS NYALA: Nyala udara asetilen Temperatur nyala yang lebih rendah mendorong terbentuknya atom netral dan dengan nyala yang kaya bahan bakar pembentukan oksida dari banyak unsur dapat diminimalkan. Nitrous oksida-asetilen Biasanya digunakan untuk penentuan unsur-unsur yang mudah membentuk oksida dan untuk unsur-unsur yang sulit terurai, karena temperatur nyala yang dihasilkan relatif tinggi (Al, B, Mo, Si, So, Ti, V dan W Day, R. A, 1986. Analisa Kimia Kuantitatif

Sistem atomisasi nyala ASM Handbook Volume 10

SISTEM TANPA NYALA (ELECTROTHERMAL ATOMIZER) Memakai tungku grafit (graphite tube atomizers) Tungku grafit dipanaskan dengan listrik (electrical thermal). Suhu dari tungku dapat diatur, sehingga pemanasan larutan dilakukan secara bertahap prosesnya yaitu drying, pyrolisis, atomization, cleaning SPECIALIZED ATOMIZATION TECHNIQUES Glow Discharge Atomization Hydride Atomization Cold-Vapor Atomization http://en.m.wikipedia.org Day, R. A, 1986. Analisa Kimia Kuantitatif

MONOKROMATOR Monokromator merupakan alat yang berfungsi untuk memisahkan radiasi yang tidak diperlukan dari spektrum radiasi lain yang dihasilkan oleh hallow cathode lamp.

DETEKTOR Detektor merupakan alat yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik yang berhubungan dengan daya radiasi kemudian diserap oleh permukaan yang peka. Intensitas cahaya yang melewati nyala api secara garis analitikal ditangkap oleh detektor menggunakan photomultiplier kemudian diidentifikasi sesuai panjang gelombangnya. Sinyal dari detektor ditransfer ke komputer sehingga pengukuran terhadap sampel dapat dibaca pada layar monitor sebagai data. Day, R. A, 1986. Analisa Kimia Kuantitatif

SISTEM PENGOLAH SISTEM PEMBACAAN Sistem pengolahan berfungsi untuk mengolah kuat arus dari detektor menjadi besaran daya serap atom transmisi kemudian diubah menjadi data pada sistem pembacaan SISTEM PEMBACAAN Sistem pembacaan merupakan bagian yang menampilkan suatu angka atau gambar yang dapat dibaca oleh mata Tampilan pada layar monitor Homepage University of Michigan-Dearborn, Science Learning Center, June 2002

Tabung gas asetilen atau gas N2O KOMPRESOR Merupakan alat yang terpisah dengan unit utama karena berfungsi untuk mensuplai udara yang akan digunakan pada saat pembakaran atom BURNER Merupakan bagian terpenting pada unit utama berfungsi sebagai tempat pencampuran gas asetilen dan aquabides agar tercampur merata dan terbakar Day, R. A, 1986. Analisa Kimia Kuantitatif

MEASUREMENT TECHNIQUES METODE KURVA KALIBRASI Dibuat seri larutan standar dengan berbagai konsentrasi dan absorbansi dari larutan tersebut kemudian diukur dengan AAS. Membuat grafik antara konsentrasi (C) dengan absorbansi (A) yang merupakan garis lurus melewati titik nol dengan slope = ε. B atau slope = a.b Konsentrasi larutan sampel kemudian diukur dan diintropolasi ke dalam kurva kalibrasi atau dimasukkan ke dalam persamaan regresi linier pada kurva kalibrasi. Pelatihan Instrumen LKI UPI

Contoh kurva kalibrasi Pelatihan Instrumen LKI UPI

METODE STANDAR TUNGGAL Metode ini sangat praktis karena hanya menggunakan satu larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya (C std) Absorbsi larutan standar (A std) dan absorbsi larutan sampel (A smp) diukur dengan spektofotometri Dengan hukum Lambert-Beer dan dengan mengukur absorbansi larutan sampel serta standar, maka konsentrasi larutan sampel dapat dihitung Pelatihan Instrumen LKI UPI

METODE ADISI STANDAR Metode ini banyak digunakan karena dapat meminimalkan kesalahan karena perbedaan kondisi lingkungan (matriks) sampel dan standard Pada metode ini dua atau lebih jumlah volume tertentu pada sampel dipindahkan ke labu bakar Satu larutan diencerkan sampai volume tertentu kemudian diukur absorbansinya tanpa ditambah dengan zat standar, sedangkan larutan yang lain sebelum diukur absorbansinya ditambah terlebih dahulu dengan sejumlah larutan standar tertentu kemudian diencerkan seperti pada larutan pertama Pelatihan Instrumen LKI UPI/tugas th 2010

LIMITATION Keunggulan Dapat menentukan kuantitas unsur pada suatu paduan dari part per million (ppm) sampai sub part per billion (ppb) Keterbatasan Tidak dapat menganalisis secara langsung unsur-unsur gas mulia, halogen, sulfur, karbon atau nitrogen Kurang sensitif untuk analisis unsur pembentuk karbida atau oksida refraktori Pelarut berbeda tiap sample Lampu belum tentu sesuai dengan material uji ASM Handbook volume 10

ARTIFACT Pada AAS terdapat Interference fenomena yang mengarah ke perubahan intensitas analyte signal dalam spektroskopi. Gangguan serapan spektroskopi atom terdiri dari non-spektral dan spektral 1) Non-spektral * Matrix interference * Chemical interference * Ionization interference 2) Spektral interferece Interference fenomena yaitu fenomena yang mengarah ke perubahan intensitas analyte signal dalam spektroskopi Gangguan non-spektral mempengaruhi pembentukan item analit dan gangguan spektral mengakibatkan penyerapan cahaya yang lebih tinggi karena adanya menyerap spesies selain unsur analit. Sumber : http://lab-training.com/2013/05/08/aas-free-e-course-..

Sumber : http://lab-training.com/2013/05/08/aas-free-e-course-..

Non-spektral Interference Matrix interference Ketika sampel lebih kental atau memiliki tegangan permukaan yang berbeda dari standar dapat mengakibatkan perbedaan tingkat penyerapan sampel karena perubahan dalam efisiensi nebulization. diminimalkan dengan cara mencocokkan sedekat mungkin komposisi matriks standar dan sampel Sumber : http://lab-training.com/2013/05/08/aas-free-e-course-..

Chemical Interference Misal dari senyawa Ca bereaksi dengan Fosfat maka membentuk kalsium fosfat stabil yang mengurangi penyerapan ion Ca. Maka Ca intensitasnya yang terbaca menjadi kecil . Diatasi dengan menambah lantanum sehingga membuat Ca terbaca Sumber : http://lab-training.com/2013/05/08/aas-free-e-course-..

Ionitation Interference Ionitation Interference lebih sering terjadi pada api yang terlalu besar. Kelebihan energi api dapat menyebabkan eksitasi atom keadaan dasar ke keadaan ionik dengan hilangnya elektron sehingga mengakibatkan penipisan atom keadaan dasar. Dalam api kecil gangguan tersebut ditemui dengan unsur-unsur dengan mudah terionisasi seperti logam alkali dan alkali tanah. Gangguan ionisasi dihilangkan dengan menambahkan kelebihan unsur yang mudah terionisasi sehingga menciptakan sejumlah besar elektron bebas dalam api dan menekan ionisasi analyte. Garam elemen seperti K, Rb dan Cs biasanya digunakan sebagai penekan ionisasi. http://i0.wp.com/lab-training.com

spectral Interferensi Kebanyakan gangguan spektral umumnya akibat emisi molekul dari oksida unsur lain dalam sampel. Penyebab utama penyerapan adalah adanya molekul terurai matriks yang memiliki spektrum serapan pita lebar dan partikel padat kecil, di vaporizer atau spesies molekul dalam api yang dapat menghamburkan cahaya melalui daerah panjang gelombang yang luas. Masalahnya diatasi dengan mengukur dan mengurangi penyerapan latar belakang dari total penyerapan diukur untuk menentukan serapan atom benar http://i0.wp.com/lab-training.com

TEKNIK YANG RELEVAN Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry Direct current plasma atomic emission spectrometry Kedua teknik tersebut secara simultan dapat memberikan pendalaman mengenai analitikal dan sensitivitas yang lebih lengkap terhadap AAS. Selain itu, kedua teknik tersebut membutuhkan persiapan awal yang lebih baik dan masalah interferensi matriks (spektral). ASM Handbook volume 10

AAS-MAP Location Type of AAS Elements B4T-Dep. Perindustrian Perkin Elmer AAanalyst 100 Fe, Ni, As, Cd, Cr, Ca, Zn, Hg, Mn, Mg, Cu, Co, Sb, Pb, Sn, Si Hg, Pd P3KT – LIPIJl. Sangkuriang no.21 Bandung GBC 903 single beam AAS Ca, Cd, co, Cu, Fe, Hg, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Zn, Departemen Kimia – ITB Jl. Ganesa no.10 Bandung Cu,Cd,Pb,Zn,Fe,Co,Se,Na,K,Ba Balai Besar Tekstil Bandung-Dep. Perindustrian 08122030084 Perkin Elmer BBK – Dep. Perindustrian Varian Pb, cd, Co, Mn, Mg, Fe, As, BBPK – Dep. Perindustrian All metal, except Au, Pt, Ag PPGL – Dep. ESDM

Location Type of AAS Elements PPTM – Dep. ESDM Jl. Sudirman BAndung Sb, Bi, Pt, Pd, Mo, Fe, Ca, Mg, Sr, Al, K, Na, Se, Al, Zn, Mn, Jurusan Kimia FMIPA – UPI Jl.Setiabudi no.229 BAndung Perkin Elmer AAnalyst 100 Fe, Au, cd, K, Ca, Co, Cr, Mg, Mn, Na, Ni, Ag, Pt, Zn, Cu, Pb, sn, Ti, V, B, Mo, P, Si, Al, Sr Sucofindo laboratory-JL. Soekarno Hatta Bandung All metal Jurusan Kimia UI Email :lab.afiliasi.ui@gmail.com 021-7872720 Shimadzu AA-6300 Pb, Cd, Cr, Hg, As dan logam lainnya dalam darah dan urin LPPT UGM Informasi : +62 274 548348 AAS flame :Au, Ag, Ca, Cu, Na, K, K, Mg, Mn, Pb, Sr, Cd, Ni. AAS Hidryda :Hg, As. Jurusan Kimia ITS AAS flame :Au, Ag, Ca, Cu, Na, K, K, Mg, Mn, Pb, Sr, Cd, Ni.

Terimakasih Rekaman AAS