ANALISIS INSTRUMENTAL

Analisis instrumental adalah cara analisis yang didasarkan pada gabungan alat - alat elektronik dan optik serta sifat-sifat kimia fisika untuk menggantikan ketajaman mata/ indra penglihat. Analisis instrumental yang biasa dilakukan di laboratorium kimia Mineral Puslitbang tek-MIRA diantaranya cara spektrofotometri dan Spektrofotometri Serapan Atom (SSA/ AAS).

Kedua cara analisis di atas berdasarkan pada hukum Lambert-Beer.

1) Hukum Lambert

Lambert (1760) menyelidiki hubungan antara intensitas cahaya mula-mula (Io) dengan intensitas caya yang dipancarkan (It) terhadap tebal dan memberikan suatu hukum yang berbunyi:

“Bila suatu cahaya melalui suatu media yang transparan maka bertambah turunnya intensitas cahaya yang dipancarkan sebanding dengan bertambah tebalnya media (t).”

Rumus yang diperoleh dari hasil pengintegralan:

log It = -k.t

Io

-log It = k.t

Io

2) Hukum Beer

Beer (1852) menyelediki hubungan antara intensitas cahaya mula-mula dan cahaya yang dipancarkan terhadap kepekatan media dan memberikan hukum yang berbunyi:

“ Bila suatu cahaya melalui suatu bidang/ media yang transparan maka bertambah turunnya intensitas cahaya yang dipancarkan sebanding dengan bertambah turunnya kepekatan media (c).”

Rumus yang diperoleh dari hasil pengintegralan:

It

log = -k’.c

Io

It

-log = k’.c

Io

3) Hukum Lambert-Beer

Karena adanya kesamaan kedua hukum tersebut, maka keduanya digabungkan dan berbunyi:

“Bila suatu cahaya melalui suatu media yang trasnparan maka bertambah turunnya intensitas cahaya yang dipancarkan sebanding dengan bertambah turunnya ketebalan dan kepekatan media. “

Rumus yang diperoleh dari hasil pengintegralan:

It

-log = k. k’. c. t

Io

Karena k dan k’ merupakan tetapan maka dapat diganti menjadi:

It

-log = e. c. t

Io

Karena -log T = It

Io

maka: -log T = log Io

It

T

A = -log = log It

Io

A = T . c. t

Keterangan:

k. k’ = tetapan

T = tetapan pengganti k dan k’ yang besarnya tergantung pada panjang gelombang cahaya dan jenis senyawanya

Io = intensitas cahaya mula-mula

It = intensitas cahaya yang dipancarkan

T = transmisi

A = absorbansi

a. Spektrofotometri

Spektrofotmetri adalah suatu cara analisis jumlah yang berdasarkan kenyataan bahwa tua mudanya suatu larutan yang berwarna tergantung kepada kepekatannya.

Teori kolorimetri didasarkan atas hubungan antara besarnya penyerapan suatu cahaya dengan tebal media dan kepekatan larutan. Setiap zat akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu tergantung pada senyawaan dan warna yang ada.

Bagian-bagian terpenting dari spektrofotometer:

1) Sumber cahaya, sebagai sumber cahaya dapat digunakan lampu wolfram yang menghasilkan sinar dengan panjang gelombang di atas 375 mm, lampu hidrogen yang mempunyai panjang gelombang di bawah 375 mm. Dengan salah satu dari kedua sinar tersebut, dapat dilakukan penetapan pada daerah sinar tampak atau daerah sinar ultraviolet.

2) Monokromator, berfungsi untuk mendapatkan cahaya yang monokromatis. Ada dua macam monokromator untuk mendapatkan cahaya yang monokromatis, yaitu prisma dan grating.

3) Kuvet, berfungsi untuk menyimpan sampel yang akan diperiksa. Kuvet yang baik mempunyai syarat-syarat:

a) tidak berwarna,

b) permukaannya secara optik sejajar,

c) tidak boleh rapuh,

d) bentuknya sederhana,

4) Detektor, berfungsi mengubah cahaya menjadi arus listrik. Sebagai detektor dapat dipakai Photo Tube, Photo Multiplier Tube, atau Barrier Layer Cell.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam analisis dengan spektrofotometer:

1) Pembentukan warna

Dalam pembentukan warna dari zat yang dianalisis digunakan pereaksi pembentuk warna. Pereaksi ini harus mempunyai syarat, yaitu:

a) Harus selektif artinya pereaksi hanya bereaksi dengan unsur yang dianalisis serta menghasilkan warna yang spesifik.

b) Reaksinya peka artinya pereaksi dapat membentuk warna dan bereaksi walaupun zat yang dianalisis ada dalam konsentrasi yang kecil sekali.

2) Pemilihan panjang gelombang

Dalam memilih panjang gelombang yang optimal biasanya dibuat spektrum absorban. Yaitu berupa kurva hubungan antara absorbansi dengan panjang gelombang.

3) Pembuatan kurva kalibrasi

Dalam pembuatan kurva kalibrasi dilakukan pengukuran absorbansi terhadap konsentrasi larutan standar pada panjang gelombang yang sama.

4) Penentuan kadar

Setelah absorbansi larutan contoh terukur, kemudian diplotkan pada kurva kalibrasi seri larutan standar maka konsentrasi contoh dapat diketahui.

b. Spektrofotometri Serapan Atom (SSA/ AAS)

Spektrofotometri Serapan Atom biasa dikenal dengan nama AAS (Atomic Absorbtion Spectrofotometry) adalah suatu teknik yang berdasarkan atas absorbansi sinar yang spesifik oleh atom bebas pada panjang gelombang tertentu. Cara lain ini diperkenalkan untuk pertama kalinya oleh Walsh pada tahun 1953. Sekarang cara ini telah berkembang dengan pesat dan telah menjadi suatu cara analisis yang dikerjakan secara rutin. AAS menjadi pilihan utama dalam analisis unsur karena mempunyai kelebihan, antara lain:

1) Dapat mendeteksi kadar logam/ unsur dari suatu campuran yang sangat kompleks dan kepekatan tinggi.

2) Dapat mendeteksi kadar logam tertentu dalam kepekatan yang relatif rendah walaupun ada unsur lain yang tingkat kepekatannya lebih tinggi tanpa dilakukan pemisahan terlebih dulu.

3) Dapat mendeteksi kadar logam dari kepekatan rendah sampai tinggi.

Telah diketahui bahwa penetapan dengan cara AAS ini didasarkan atas penyerapan sinar oleh atom bebas, atom-atom bebas ini selain dapat menyerap energi sinar juga dapat mengabsorbsi panas. Atom bebas dari unsur logam akan menyerap energi cahaya pada suatu tingkat energi tertentu dan pada panjang gelombang tertentu. Besarnya cahaya yang diserap berbanding lurus dengan konsentrasi atom dalam sampel tersebut dan sesuai dengan hukum Lambert - Beer.

Bagian-bagian terpenting dari Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) adalah:

1) Sumber cahaya

Menggunakan sumber cahaya yang mempunyai panjang gelombang tertentu dan untuk setiap unsur adalah spesifik. Biasanya digunakan lampu katoda yang terbuat dari gelas yang membungkus katoda dan sebuah anoda yang cocok. Kedua elektroda diselubungi gas neon pada tekanan rendah. Apabila dihubungkan sumber tegangan maka ion gas yang bermuatan positif akan memakan katoda dan mengusir atom dari unsur pada katoda. Atom ini akan tereksitasi dan dapat menghasilkan sinar emisi yang mempunyai panjang gelombang yang khas.

2) Bagian atomisasi

Pada bagian ini larutan sampel diubah menjadi bentuk atom-atomnya setelah melalui spray chamber dengan bantuan gas pembakar untuk diatomisasi.

3) Sistem optik

Dalam AAS maksud utama dari sistem optik adalah mengumpulkan cahaya dari sumber cahaya, melewatkannya melalui sampel lalu ke monokromator. Sistem optik pada AAS dapat single beam (satu berkas cahaya) atau double beam (dua berkas cahaya). Pada single beam harga Io selalu tetap selama pengukuran sinar yang ditransmisikan (It). Pada sistem double beam secara periodik disisipkan cermin datar pada jalannya sinar dari nyala masuk ke dalam monokromator, sehingga Io dapat diukur.

4) Monokromator

Berfungsi mengisolasi sinar yang diperlukan dari sinar yang dihasilkan oleh lampu katoda. Jadi apabila terdapat beberapa panjang gelombang cahaya, maka yang dilewatkan ke detektor hanyalah panjang gelombang tertentu sesuai keinginan.

5) Detektor

Seperti halnya pada spektrofotometer, detektor pada AAS mempunyai sifat dapat mengubah cahaya menjadi energi listrik yang kemudian diteruskan ke amplifier lalu ke sistem pembacaan (galvanometer).

Gangguan-gangguan yang timbul pada penetapan dengan menggunakan AAS diantaranya:

1) Gangguan ionisasi.

Keberadaan logam-logam lain dapat mengganggu keseimbangan jumlah atom yang stabil dengan terionisasi. Terbentuknya elektron-elektron dari logam-logam tersebut akan memperbesar jumlah atom pada nyala sehingga absorbansi makin tinggi. Gangguan ini dapat diatasi dengan penambahan pereaksi, seperti untuk pengukuran kalsium dan magnesium perlu penambahan stronsium dan litium.

2) Pengaruh anion

Keberadaan anion dapat mempersulit pembentukan atom bebas karena terbentuknya senyawa yang relatif sulit untuk diatomisasi. Keadaan ini dapat dihindari dengan beberapa cara, antara lain:

a) Penambahan pereaksi pengkelat yang dapat membentuk senyawa kompleks.

b) Pemakaian suhu tinggi.

c) Ditambahkan kation yang dapat mengikat anion (ion pembebas).

3) Gangguan sinar emisi.

Di dalam bagian atomisasi disamping terdapat atom yang stabil, juga terjadi eksitasi atom-atom yang menghasilkan sinar emisi dengan panjang gelombang yang sama dengan sinar katoda, sehingga sulit dibedakan oleh monokromator. Hal ini dapat menambah sinar yang ditransmisikan sehingga akan memperkecil kadar. Gangguan semacam ini dapat diatasi dengan penggunaan sistem modulasi, yaitu:

a) Chopper (mechanically modulation)

b) Voltage (electrical modulation)

4) Gangguan fisika

Gangguan fisika seperti kekentalan dan tegangan permukaan sangat berpengaruh terhadap kesempurnaan proses atomisasi contoh. Keadaan ini dapat dikurangi dengan peningkatan suhu pembakar.

5) Perhitungan kadar dengan AAS