SPEKTROMETRI SERAPAN ATOM
I. Spektrometri Serapan Atom
Spektrometri merupakan suatu metode analisis kuantitatif yang pengukurannya berdasarkan
banyaknya radiasi yang dihasilkan atau yang diserap oleh spesi atom atau molekul analit. Salah satu
bagian dari spektrometri ialah Spektrometri Serapan Atom (SSA), merupakan metode analisis unsur
secara kuantitatif yang pengukurannya berdasarkan penyerapan cahaya dengan panjang gelombang
tertentu oleh atom logam dalam keadaan bebas (Skoog et. al., 2000).
Sejarah SSA berkaitan erat dengan observasi sinar matahari. Pada tahun 1802 Wollaston
menemukan garis hitam pada spektrum cahaya matahari yang kemudian diselidiki lebih lanjut oleh
Fraunhofer pada tahun 1820. Brewster mengemukakan pandangan bahwa garis Fraunhofer ini
diakibatkan oleh proses absorpsi pada atmoser matahari. Prinsip absorpsi ini kemudian mendasari
Kirbhhoff dan Bunsen untuk melakukan penelitian yang sistematis mengenai spektrum dari logam
alkali dan alkali tanah. Kemudian Planck mengemukakan hukum kuantum dari absorpsi dan emisi
suatu cahaya. Menurutnya, suatu atom hanya akan menyerap cahaya dengan panjang gelombang
tertentu (frekwensi), atau dengan kata lain ia hanya akan mengambil dan melepas suatu jumlah
energi tertentu, (ε = hv = hc/λ). Kelahiran SSA sendiri pada tahun 1955, ketika publikasi yang ditulis
oleh Walsh dan Alkemade & Milatz muncul. Dalam publikasi ini SSA direkomendasikan sebagai
metode analisis yang dapat diaplikasikan secara umum (Weltz, 1976).
Apabila cahaya dengan panjang gelombang tertentu dilewatkan pada suatu sel yang
mengandung atom-atom bebas yang bersangkutan maka sebagian cahaya tersebut akan diserap dan
intensitas penyerapan akan berbanding lurus dengan banyaknya atom bebas logam yang berada
dalam sel. Hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi diturunkan dari:
1. Hukum Lambert : Bila suatu sumber sinar monokromatik melewati medium transparan, maka
intensitas sinar yang diteruskan berkurang dengan bertambahnya ketebalan medium yang
mengabsorpsi.
2. Hukum Beer : Intensitas sinar yang diteruskan berkurang secara eksponensial dengan
bertambahnya konsentrasi spesi yang menyerap sinar tersebut.
Dari kedua hukum tersebut diperoleh suatu persamaan:
It = Io.e-(εbc), atau
A = - Log It/Io = εbc
Dimana : Io = Intensitas sumber sinar
It = Intensitas sinar yang diteruskan
ε = Absortivitas molar
b = Panjang medium
c = Konsentrasi atom-atom yang menyerap sinar
A = Absorbans.
Dari persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa absorbansi cahaya berbanding lurus dengan
konsentrasi atom (Day & Underwood, 1989).
Pada alat SSA terdapat dua bagian utama yaitu suatu sel atom yang menghasilkan atomatom
gas bebas dalam keadaaan dasarnya dan suatu sistem optik untuk pengukuran sinyal.
Dalam metode SSA, sebagaimana dalam metode spektrometri atomik yang lain, contoh harus
diubah ke dalam bentuk uap atom. Proses pengubahan ini dikenal dengan istilah atomisasi, pada
proses ini contoh diuapkan dan didekomposisi untuk membentuk atom dalam bentuk uap.
Secara umum pembentukan atom bebas dalam keadaan gas melalui tahapan-tahapan sebagai
berikut :
a. Pengisatan pelarut, pada tahap ini pelarut akan teruapkan dan meninggalkan residu padat.
b. Penguapan zat padat, zat padat ini terdisosiasi menjadi atom-atom penyusunnya yang mulamula
akan berada dalam keadaan dasar.
c. Beberapa atom akan mengalami eksitasi ke tingkatan energi yang lebih tinggi dan akan
mencapai kondisi dimana atom-atom tersebut mampu memancarkan energi.
1.1 Sel Atom
Terdapat dua tahap utama yang terjadi dalam sel atom pada alat SSA dengan sistem
atomisasi nyala. Pertama, tahap nebulisasi untuk menghasilkan suatu bentuk aerosol yang halus dari larutan contoh. Kedua, disosiasi analit menjadi atom-atom bebas dalam keadaan gas.
Berdasarkan sumber panas yang digunakan maka terdapat dua metode atomisasi yang dapat
digunakan dalam spektrometri serapan atom :
a. Atomisasi menggunakan nyala.
b. Atomisasi tanpa nyala (flameless atomization).
Pada atomisasi menggunakan nyala, digunakan gas pembakar untuk memperoleh energi kalor sehingga didapatkan atom bebas dalam keadaan gas. Sedangkan pada atomisasi tanpa nyala digunakan energi listrik seperti pada atomisasi tungku grafit (grafit furnace atomization).
Diperlukan nyala dengan suhu tinggi yang akan menghasilkan atom bebas. Untuk alat SSA dengan sistem atomisasi nyala digunakan campuran gas asetilen-udara atau campuran asetilen-N2O. Pemilihan oksidan bergantung kepada suhu nyala dan komposisi yang diperlukan untuk pembentukan
atom bebas.
1.2 Sumber Cahaya
Sumber cahaya yang digunakan dalam alat AAS ialah lampu katoda berongga (hollow cathode
lamp). Lampu ini terdiri dari suatu katoda dan anoda yang terletak dalam suatu silinder gelas
berongga yang terbuat dari kwarsa. Katoda terbuat dari logam yang akan dianalisis. Silinder gelas berisi suatu gas lembam pada tekanan rendah. Ketika diberikan potensial listrik maka muatan positif ion gas akan menumbuk katoda sehingga tejadi pemancaran spektrum garis logam yang bersangkutan.
1.3 Monokromator dan Sistem Optik
Berkas cahaya dari lampu katoda berongga akan dilewatkan melalui celah sempit dan
difokuskan menggunakan cermin menuju monokromator. Monokromator dalam alat SSA akan
memisahkan, mengisolasi dan mengontrol intensitas energi yang diteruskan ke detektor.
Monokromator yang biasa digunakan ialah monokromator difraksi grating.
1.4 Detektor dan Sistem Elektronik
Energi yang diteruskan dari sel atom harus diubah ke dalam bentuk sinyal listrik untuk
kemudian diperkuat dan diukur oleh suatu sistem pemproses data. Proses pengubahan ini dalam alat SSA dilakukan oleh detektor. Detektor yang biasa digunakan ialah tabung pengganda foton
(photomultiplier tube), terdiri dari katoda yang dilapisi senyawa yang bersifat peka cahaya dan suatu anoda yang mampu mengumpulkan elektron. Ketika foton menumbuk katoda maka elektron akan dipancarkan, dan bergerak menuju anoda. Antara katoda dan anoda terdapat dinoda-dinoda yang mampu menggandakan elektron. Sehingga intensitas elektron yang sampai menuju anoda besar dan akhirnya dapat dibaca sebagai sinyal listrik. Untuk menambah kinerja alat maka digunakan suatu mikroprosesor, baik pada instrumen utama maupun pada alat bantu lain seperti autosampler.
