Analisa mineral dengan SSA

SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN ATOM

IDENTIFIKASI MINERAL DALAM VITAMIN C

DENGAN SSA

 

BAB I

PENDAHULUAN

    A.    Latar Belakang

Teknik spektroskopi adalah salah satu teknik analisis fisika-kimia yang mengamati tentang interaksi antara atom atau molekul dengan radiasi elektromagnetik (REM). Radiasi elektromagnetik panjang gelombang 380 nm - 780 nm merupakan radiasi yang dapat diterima oleh panca indera mata manusia, sehingga dikenal sebagai cahaya tampak (visibel). Diluar rentang panjang gelombang cahaya tampak, REM sudah tidak dapat ditangkap oleh panca indera mata manusia (Setiyowati, 2009).

Perkembangan ilmu pengetahuan juga sejalan dengan perkembangan tekhnologi. Berbagai alat dengan kecanggihan semakin meningkat. Hal ini juga termasuk perkembangan ilmu dan tekhnologi dibidang kimia dan farmasi. Berbagai kecanggihan dibidang kimia dan farmasi berkembang pesat, sehingga sangat membantu banyak orang dalam melakukan riset dan penelitian terkini. Dan diantara perkembangan tersebut adalah perkembangan dalam analisis farmasi yang erat kaitannya dengan interaksi cahaya dengan materi, yakni analisis terkait ilmu spektroskopi atau spektrofotometri.

Para ahli kimia sudah lama menggunakan warna sebagai suatu pembantu dalam mengidentifikasi zat kimia. Dimana serapan atom telah dikenal bertahun-tahun yang lalu. Dewasa ini penggunaan istilah spektrofotometri menyiratkan pengukuran jauhnya penyerapan energi. Cahaya oleh suatu sistem kimia itu sebagai fungsi dari panjang gelombang tertentu. perpanjangan spektrofotometri serapan atom ke unsur-unsur lain semula merupakan akibat perkembangan spektroskopi pancaran nyala. Bila disinari dengan benar, kadang-kadang dapat terlihat tetes-tetes sampel yang belum menguap dari puncak nyala, dan gas-gas itu terencerkan oleh udara yang menyerobot masuk sebagai akibat tekanan rendah yang diciptakan oleh kecepatan tinggi, lagi pula sistem optis itu tidak memeriksa seluruh nyala, melainkan hanya mengurusi suatu daerah dengan jarak tertentu di atas titik puncak pembakar (Sudjadi, 2007).

Selain dengan metode serapan atom unsur-unsur dengan energy eksitasi rendah dapat juga dianalisis dengan fotometri nyala, tetapi untuk unsur-unsur dengan energy eksitasi tinggi hanya dapat dilakukan dengan spektrometri serapan atom. untuk analisis dengan garis spektrum resonansi antara 400-800 nm, fotometri nyala sangat berguna, sedangkan antara 200-300 nm, metode aas lebih baik dari fotometri nyala. untuk analisis kualitatif, metode fotometri nyala lebih disukai dari AAS, karena AAS memerlukan lampu katoda spesifik (hallow cathode). Kemonokromatisan dalam aas merupakan syarat utama. suatu perubahan temperature nyala akan mengganggu proses eksitasi sehingga analisis dari fotometri nyala berfilter. dapat dikatakan bahwa metode fotometri nyala dan aas merupakan komplementer satu sama lainnya (Watson, 2005).

B.     Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang di atas maka rumusan masalah dalam makalah ini yaitu :

1.      Bagaimana profil SSA?

2.      Apa saja jenis-jenis SSA?

3.      Bagaimana instrumentasi SSA?

4.      Bagaimana cara bekerja dengan SSA?

5.      Bagaimana cara analisa mineral dengan menggunakan SSA dalam bidang farmasi? 

C.    Tujuan

Tujuan makalah ini yaitu :

1)      Untuk mengetahui profil SSA.

2)      Untuk menegatahui jenis-jenis SSA.

3)      Untuk mengetahui instrumentasi SSA.

4)      Untuk mengtahui cara bekerja dengan SSA.

5)      Untuk mengetahui cara analisa mineral yang terkandung dalam vitamin C.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A.    Profil SSA

Metode Spektroskopi Serapan Atom (SSA) mendasarkan pada prinsip absopsi cahaya oleh atom. Atom-atom akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Cahaya pada panjang gelombang ini mempunyai cukup energi untuk mengubah tingkat elektronik suatu atom yang mana transisi elektronik suatu atom bersifat spesifik. Dengan menyerap suatu energi, maka atom akan memperoleh energi sehingga suatu atom pada keadaan dasar dapat ditingkatkan energinya ke tingkat eksitasi (Gandjar dan Rohman, 2007).

Prinsip SSA yaitu atom-atom suatu logam diuapkan ke dalam suatu nyala dan serapannya pada suatu pita radiasi sempit yang dihasilkan oleh suatu lampu katoda rongga, dilapisi dengan logam tertentu yang sedang ditetukan, kemudian diukur. Kelebihan SSA yaitu: (1) lebih peka dibanding SEA, (2) suatu metode analisis yang sangat spesifik yang bermanfaat dalam beberapa aspek pengendalian mutu. Adapun kekurangannya yaitu: (1) hanya dapat diterapkan pada unsur-unsur logam, (2) masing-masing unsur memerlukan lampu katoda rongga yang berbeda untuk penentuannya (Watson, 2010).

Keberhasilan analisis dengan SSA ini tergantung pada proses esitasi dan cara memperoleh garis resonansi yang tepat. Temperatur nyala harus sangat tinggi. Jumlah atom yang tereksitasi dari keadaan azas (3s) ke keadaan tereksitasi 3p adalah kecil (misal pada suhu 2500^oK). Hal ini dapat diterangkan menggunakan Persamaan Bolztman :

 =  exp (- )

dimana:

k          : tetapan Boltzman (1,38 x 10^-16 energi/derajat Kelvin)

T          : suhu dalam derajat (K)

Ej         : selisih energi (erg) antara keadaan tereksitasi dengan keadaan azas

Nj        : jumlah atom dalam keadaan tereksitasi

No       : jumlah atom dalam keadaan azas

Pj         : jumlah keadaan kuatum dengan energi yang sama pada keadaan tereksitasi

Po        : jumlah keadaan kuantum dengan energi yang sama dalam keadaan azas (Gandjar dan Rohman, 2007).

Metode analisis berdasarkan serapan atom berpotensi sangat spesifik karena garis serapan atom yang sangat sempit (0,002 sampai 0,005 nm) dan karena energi transisi elektronik yang unik untuk setiap elemen. Di sisi lain, lebar garis tertentu menciptakan masalah tidak biasanya ditemui dalam spektroskopi serapan molekul. Ada hubungan linear antara sinyal analitik (absorbansi) dan konsentrasi. Hukum beer harus ditaati dan sumber cahaya harus relatif sempit dengan puncak penyerapan lebar (Skoog et al, 1998).

B.     Jenis-Jenis SSA

Berbagai teknik yang mencakup spektrometri  atom, antara lain Flame atomic absorption spectroscopy (FAAS), graphite furnace atomic absorption spectroscopy (GFAAS), inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP- AES) dan inductively coupled plasma–mass spectrometry (ICP-MS) telah digunakan selama bertahun-tahun untuk analisis logam dan metaloid dalam berbagai jenis sampel, termasuk komponen farmasetik. Baik tehnik FAAS dan GFAAS, yang didasarkan berdasarkan hukum Lambert-Beer, telah digunakan lebih lama untuk analisis logam dan/atau metalod dalam obat-obatan dibandingkan ICP-AES atau ICP-MS. FAAS kurang sensitif dibandingkan GFAAS, dengan FAAS umumnya memiliki kepekaan bagian per juta (ppm, w/w), dan GFAAS mampu bagian per miliar (ppb, w/w). Baik FAAS dan GFAAS memerlukan penggunaan hollow katoda (HCL) atau electrodeless discharge lamp (EDL) untuk setiap analit yang bersangkutan (Lewen, 2011).

Dalam FAAS, sampel cair dialirkan ke dalam nyala melalui nebulizer. Dalam nebulizer, sampel diubah menjadi kabut, dan tetesan kabut yang mudah terbakar dalam api, yang berperan sebagai sel sampel. Nyala menyediakan sumber atom atau molekul netral atau untuk menyerap energi, dan bertindak untuk mendesolvasi dan atomisasi sampel. Nyala api yang paling umum digunakan adalah udara/asetilen api, yang membakar dalam kisaran suhu 2120-2400^◦C, sementara api nitrous oxide, yang dapat membantu untuk menghancurkan oksida yang bisa terbentuk, membakar dalam kisaran suhu 260-2800⁰C. Sebagai sumber cahaya digunakan hollow katoda (HCL) atau electrodeless discharge lamp (EDL), yang memancarkan garis spektrum yang sesuai dengan energi yang dibutuhkan untuk memperoleh transisi elektronik dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi dalam sampel. Penyerapan radiasi dari sumber cahaya eksternal sebanding dengan populasi spesies / konsentrasi analit yang disemprotkan ke nyala (Lewen, 2011).

Volpe et al  (2012) mengaplikasikan tehnik Flame atomic absorption spectroscopy (FAAS) dan dalam evaluasi kandungan timbal pada eyeshadow dari Cina, Italia, dan Amerika Serikat. Nikel merupakan penyebab dermatitis, produk kosmetik harus mengandung nikel kurang dari 5mg/g dan sebaiknya berada dibawah 1mg/g-1 untuk meminimalkan risiko reaksi alergi atau eczema kelopak mata.

Pada analisis tersebut digunakan bahan bakar: udara, 13,50L/menit; asetilena, 2,00L/menit yang digunakan. Absorbansi dibaca pada 217 nm. Kurva kalibrasi diperoleh dengan menggunakan tiga larutan standar dengan konsentrasi berbeda, yang diperoleh dari larutan standar Pb(NO₃)₂ diencerkan dalam HNO₃ 1%  yang juga digunakan untuk melarutkan sampel. Produk yang dianalisis selain sampel dari China memiliki konsentrasi nikel di bawah batas tersebut.

Dalam GFAAS, sampel (biasanya cairan) dimasukkan melalui celah kecil ke dalam tabung grafit yang dipanaskan, yang dikenal sebagai mini-Massmann furnace. Di dalam tungku, yang berfungsi sebagai sel sampel, atom atau molekul netral tereksitasi dari keadaan dasar ketika tabung dipanaskan. Sampel dapat disimpan secara langsung ke dinding tungku grafit, atau ke platform grafit kecil, yang dikenal sebagai L’vov platform, yang berada dalam tungku grafit (Lewen, 2011).

Serangkaian langkah-langkah pemanasan dijalankan, dengan langkah-langkah utama termasuk pengeringan, charring atau ashing, atomisasi dan clean-out. Langkah pemanasan lain dapat digunakan, tergantung pada sifat sampel. Pada tahap atomisasi, tungku dipanaskan dengan cepat sampai suhu tinggi (biasanya sampai berpijar), biasanya di kisaran 2500-2700⁰C. Penyerapan signal yang dipancarkan oleh sampel di dalam tabung terjadi pada analit yang teratomisasi dan kemudian diukur (Lewen, 2011).

Contado  & Antonella (2012) menggunakan tehnik Graphite furnace atomic absorption spectroscopy (GFAAS) untuk mengevaluasi kandungan logam dalam serbuk eyeshadow. Unsur logam yang dianalisis antara lain Cr, Co and Ni. Sampel yang dianalisis adalah 9 produk ayeshadow padat yang harganya sangat murah yang dijual di italia. Produk tersebut ditujukan untuk anak-anak dan orang dewasa. Pada analisis terssebut diperoleh kesimpulan bahwa tidak ada sampel yang mengandung kadar Nikel, Kobalt dan Kromium diatas 1 ppm atau 5 ppm, yang merupakan batasan kadar logam-logam tersebut untuk tidak menimbulkan reaksi alergi kulit.

C.    Instrumentasi SSA

Secara umum, instrumen harus mampu memberikan lebar pita yang cukup sempit untuk mengisolasi garis yang dipilih untuk pengukuran dari jalur lain yang dapat mengganggu atau mengurangi sensitivitas analisis. Sebuah kaca filter sudah cukup untuk beberapa logam alkali, yang hanya memiliki garis resonansi beberapa banyak spasi di daerah tampak. Sebuah alat yang dilengkapi dengan filter gangguan mudah dipertukarkan tersedia secara komersial. Sebuah sumber cahaya yang terpisah digunakan untuk setiap unsur. Sehingga diperoleh hasil yang memuaskan untuk analisis tiap logam (Skoog et al, 1998).

Suatu spektrofotometer serapan atom terdiri atas komponen-komponen berikut ini:

1. Sumber cahaya. Sumber yang paling umum untuk pengukuran serapan atom adalah lampu katoda berongga. Jenis lampu ini terdiri dari anoda tungsten dan katoda clyndrical dibungkus dalam sebuah tabung gelas yang diisi dengan neon atau argon pada tekanan dari 1-5 torr. Katoda terbuat dari logam yang spektrum yang diinginkan atau berfungsi untuk lapisan supporta logam itu
2. Nyala. Nyala biasanya berupa udara/asetilen, menghasilkan suhu ±2500^oC. Dinitrogen oksida/asetilen dapat digunakan untuk menghasilkan suhu sampai 3000^oC, yang diperlukan untuk menguapkan garam-garam dari unsur-unsur seperti alumunium atau kalsium.
3. Monokromator. Monokromator digunakan untuk menyempitkan lebar pita radiasi yang sedang diperiksa sehingga diatur untuk memantau panjang gelombang yang sedang dipancarkan oleh lampu katode rongga. Ini menghilangkan interferensi oleh radiasi yang dipancarkan dari nyala tersebut, dan gas pengisi didalam lampu katode rongga, dan dari unsur-unsur lain di dalam sampel tersebut.
4. Detektor. Detektor digunakan untuk mengukur intensitas cahaya yang melalui tempat pengatoman. Detektor berupa sel fotosensitif
5. Readout merupakan suatu alat penunjuk atau sistem pencatatan hasil. Pencatatan hasil dilakukan oleh suatu alat yang telah terkalibrasi untuk pembacaan suatu transmisi atau absorbsi (Watson, 2010).

Instrumen serapan atom sebagian menggunakan tabung pengganda foto sebagai transduser. Seperti disebutkan sebelumnya, sistem elektronik mampu membedakan antara sinyal termodulasi dari sumber dan sinyal kontinyu dari nyala api yang diperlukan. Kebanyakan instrumen saat ini di pasaran dilengkapi dengan sistem komputer mikro yang digunakan untuk mengontrol parameter instrumen dan untuk mengontrol dan memanipulasi data (Skoog et al, 1998).

D.    Cara Penggunaan SSA

Untuk keperluan analisis kuantitatif dengan SSA, maka sampel harus dalam bentuk larutan. Untuk menyiapkan larutan, sampel harus diperlakukan sedemikian rupa yang pelaksanaannya tergantung dari macam dan jenis sampel. Yang penting untuk diingat adalah bahwa larutan yang akan dianalisis haruslah sangat encer. Ada beberapa cara untuk melarutkan sampel, yaitu:

·         Larutan dilarutkan dalam pelarut yang sesuai.

·         Sampel dilarutkan dalam suatu asam.

·         Sampel dilarutkan dalam suatu basa atau dilebur dahulu dengan basa kemudian hasil leburan dilarutkan dalam pelarut yang sesuai.

Metode pelarutan apapun yang akan dipilih untuk dilakukan analisis dengan SSA, yang terpenting adalah bahwa larutan yang dihasilkan harus jernih, stabil dan tidak mengganggu zat-zat yang akan dianalisis (Gandjar dan Rohman, 2007). 

   E.      Metode Analisis

Ada tiga teknik yang biasa dipakai dalam analisis secara spektrometri. Ketiga teknik tersebut adalah:

1. Metode Standar Tunggal

Metode ini sangat praktis karena hanya menggunakan satu larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya (Cstd). Selanjutnya absorbsi larutan standar (Asta) dan absorbsi larutan sampel (Asmp) diukur dengan spektrometri. Dari hukum Beer diperoleh:

Sehingga,

Astd/Cstd = Csmp/Asmp -> Csmp = (Asmp/Astd) x Cstd

Dengan mengukur absorbansi larutan sampel dan standar, konsentrasi larutan sampel dapat dihitung.

2. Metode kurva kalibrasi

Dalam metode ini dibuat suatu seri larutan standar dengan berbagai konsentrasi dan absorbansi dari larutan tersebut diukur dengan AAS. Langkah selanjutnya adalah membuat grafik antara konsentrasi(C) dengan absorbansi (A) yang merupakan garis lurus yang melewati titik nol dengan slobe =  atau = a.b. konsentrasi larutan sampel dapat dicari setelah absorbansi larutan sampel diukur dan diintrapolasi ke dalam kurva kalibrasi atau dimasukkan ke dalam persamaan garis lurus yang diperoleh dengan menggunakan program regresi linewar pada kurvakalibrasi.

3. Metode adisi standar

Metode ini dipakai secara luas karena mampu meminimalkan kesalahan yang disebabkan oleh perbedaan kondisi lingkungan (matriks) sampel dan standar. Dalam metode ini dua atau lebih sejumlah volume tertentu dari sampel dipindahkan ke dalam labu takar. Satu larutan diencerkan sampai volume tertentu kemudiaan larutan yang lain sebelum diukur absorbansinya ditambah terlebih dahulu dengan sejumlah larutan standar tertentu dan diencerkan seperti pada larutan yang pertama.

Menurut hukum Beer akan berlaku hal-hal berikut:

Ax = k.Ck                         AT = k(Cs+Cx)

Dimana,

Cx  = konsentrasi zat sampel

Cs  = konsentrasi zat standar yang ditambahkan ke larutan sampel

Ax  = absorbansi zat sampel (tanpa penambahan zat standar)

AT  = absorbansi zat sampel + zat standar

Jika kedua rumus digabung maka akan diperoleh Cx = Cs + {Ax/(AT-Ax)}

Konsentrasi zat dalam sampel (Cx) dapat dihitung dengan mengukur Ax dan AT dengan spektrometri. Jika dibuat suatu seri penambahan zat standar dapat pula dibuat grafik antara AT lawan Cs garis lurus yang diperoleh dari ekstrapolasi ke AT = 0, sehingga diperoleh:

Cx = Cs x {Ax/(0-Ax)} ; Cx = Cs x (Ax/-Ax)

Cx = Cs x (-1) atau Cx = -Cs

Salah satu penggunaan dari alat spektrofotometri serapan atom adalah untuk metode pengambilan sampel dan analisis kandungan logam Pb di udara. Secara umum pertikulat yang terdapat diudara adalah sebuah sistem fase multi kompleks padatan dan partikel-partikel cair dengan tekanan uap rendah dengan ukuran partikel antara 0,01 – 100 μm.

(Sudjadi, 2007).

Jobseet analisa Fe dan Cu dalam asam askorbat

Alat

   1.      Pipet tetes

   2.      Pipet ukur 10 ml

   3.      Pipet volume 25 ml

   4.      Rubber bulb

   5.      Corong gelas

   6.      Labu takar 100 ml

   7.      Labu takar 25 ml

   8.      Glass beaker 250 ml

   9.      Mortal dan pestle

  10.  Spatula

Baha    :

   1.      HNO3 0,1 M

   2.      Asam askorbat (sampel vitamin C)

   3.      Aquades

   4.      Larutan standar Cu

   5.      Larutan standar Fe

Cara menggunakan spektrofotometer serapan atom :

1. Pertama-tama gas di buka terlebih dahulu, kemudian kompresor, lalu ducting, main unit, dan komputer  secara berurutan.
2. Dibuka program SAA (Spectrum Analyse Specialist), kemudian muncul perintah ”apakah ingin mengganti lampu katoda”, jika ingin mengganti klik Yes dan jika tidak No.
3. Dipilih yes untuk masuk ke menu individual command, dimasukkan nomor lampu katoda yang  dipasang ke dalam kotak dialog, kemudian diklik setup, kemudian soket lampu katoda akan berputar menuju posisi paling atas supaya lampu katoda yang baru dapat diganti atau ditambahkan dengan mudah.
4. Dipilih No jika tidak ingin mengganti lampu katoda yang baru.
5. Pada program SAS 3.0, dipilih menu select element and working mode.Dipilih unsur yang akan dianalisis dengan mengklik langsung pada symbol unsur yang diinginkan
6. Jika telah selesai klik ok, kemudian muncul tampilan condition settings. Diatur parameter yang  dianalisis dengan mensetting fuel flow :1,2 ; measurement; concentration ; number of sample: 2 ; unit concentration : ppm ; number of standard : 3 ; standard list : 1 ppm, 3 ppm, 9 ppm.
7. Diklik ok and setup, ditunggu hingga selesai warming up.
8. Diklik icon bergambar burner/ pembakar, setelah pembakar dan lampu menyala alat siap digunakan untuk mengukur logam.
9. Pada menu measurements pilih measure sample.
10. Dimasukkan blanko, didiamkan hingga garis lurus terbentuk, kemudian dipindahkan ke standar 1 ppm hingga data keluar.
11. Dimasukkan blanko untuk meluruskan kurva, diukur dengan tahapan yang sama untuk standar 3 ppm dan 9 ppm.
12. Jika data kurang baik akan ada perintah untuk pengukuran ulang, dilakukan pengukuran blanko, hingga kurva yang dihasilkan turun dan lurus.
13. Dimasukkan ke sampel 1 hingga kurva naik dan belok baru dilakukan pengukuran.
14. Dimasukkan blanko kembali dan dilakukan pengukuran sampel ke 2.
15. Setelah pengukuran selesai, data dapat diperoleh dengan mengklikicon print atau pada baris menu dengan mengklik file lalu print.
16. Apabila pengukuran telah selesai, aspirasikan air deionisasi untuk membilas burner selama 10 menit, api dan lampu burner dimatikan, program pada komputer dimatikan, lalu main unit AAS, kemudian kompresor, setelah itu ducting dan terakhir gas (Hendayana, 1994).

Penentuan kadar tembaga (Cu)  dan besi (Fe) dengan AAS

a.       Preparasi pelarut

Siapkan Larutan HNO3 0.1M

b.      Preparasi Standar Cu dan Fe 10 ppm  

1.      Memipet 1 mL larutan standar induk Cu dan Fe (1000 ppm) kedalam labu takar 100 mL,

2.      Kemudian ditera dengan air distilasi.

c.       Deret standar Cu dan Fe 0.2; 0.4; dan 0.6 ppm

1.      Mengencerkan lebih lanjut larutan standar Cu dan Fe 10 ppm dengan HNO3 0.1M.

2.      Deret standar dibuat sebanyak 3 kali ulangan.

d.      Preparasi Sampel

1.      Untuk penentuan logam Cu  ditimbang 2 g asam askorbat  

2.      Untuk penentuan logam Fe, 5 g asam askorbat,

3.      Masing-masing dimasukkan kedalam 13 labu takar 25 mL, ditera dengan HNO₃ 0.1 M.

e.       Analisa

1.      Deret standar dan sampel diukur kadar besi dan tembaganya dengan menggunakan AAS Varian 220 F.

2.      Penentuan kadar tembaga dilakukan dengan AAS pada panjang gelombang 324.8 nm, Untuk kadar besi ditentukan pada panjang gelombang 248.3 nm.

Sumber :          http://s1farmasiayu.blogspot.co.id/2013_09_01_archive.html