prosiding pusat pengembangan bahan galian … · 2008. 11. 26. · atau melepaskan energi menu rut...
TRANSCRIPT
PROSIDING SEMINAR G€OLOGI NUKLIRDAN SUMBERDAYATAMBANG TAHUN 2004PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN GALIAN DAN GEOLOGI NUKUR-BATAN·Jakarta. 22 s...pt~b __ 200A'
KAJIAN TEORITIS PENGARUH UNSUR MATRIKS TERHADAP HASIL ANALISISDENGAN METODA SPEKTROSKOPI SERAPAN ATOM (AAS)
Tyas DjuhariningrumPusat Pengembangan Bahan GaHan Dan Geologi Nuklir-BATAN
Abstrak
KAJIAN TEORITIS PENGARUH UNSUR MATRIKS TERHADAP HASIL ANALISISDENGAN METODA SPEKTROSKOPI SERAPAN ATOM (AAS). Pad a analisis contohemas terdapat penyimpangan terhadap hasil analisis >10 % yang disebabkan adanyapengaruh unsur matriks, sehingga pengaruh unsur matriks perlu dipelajari agarpenyimpangan terhadap hasil dapat diperkecil. Pengaruh unsur matriks dalam contoh dapatmengakibatkan proses redaman diri (self quenching),proses serapan diri (self absorption)dan proses ionisasi sehingga dapat mempengaruhi intensitas cahaya atom. Pada prosesgeokimia batuan unsur-unsur yang terdapat dalam satu golongan pada sistem periodikmempunyai karakter mirip, sehingga keberadaannya cenderung bersama-sama membentukasosiasi unsur. Pada metoda AAS unsur-unsur asosiasi dapat mengabsorb energi sumberkarena mempunyai panjang gelombang yang berdekatan yang berakibat te~adipenyimpangan dalam interpretasi hasil. Kajian ini bertujuan untuk mendapatkan gambardalam rangka memilih matriks analisis yang sesuai untuk memperkecil simpangan. Secarakuantitatif intensitas cahaya sumber yang diserap oleh atom berbanding langsung dengankonsentrasi atom dalam larutan yang mempunyai hubungan linier untuk kadar ppm Terdapat3 metodal cara untuk mengeliminasi unsur matriks yaitu metoda standar eksternal, metodastandar internal dan metoda standar adisi. Metoda standar eksternal untuk semua unsurmatriks, standar internal untuk unsur matriks yang mempunyai sifat mirip, standar adisiuntuk unsur matriks pada contoh logam mulia (Au,Pt). Ketiga standar tersebut mempunyaiakurasi sekitar 95-97 %.Kata kunc; : Unsur matr;ks, analis;s Au, AAS
Abstract
A LITERATURE STUDY OF MATRIX ELEMENT INFLUENCED TO THE RESULTOF ANALYSIS USING ABSORPTION ATOMIC SPECTROSCOPY METHOD (AAS). Thegold sample analysis can be deviated more than >10% to those thrue value caused by thematrix element. So that the matrix element character need to be study in order to reduce thedeviation. In rock samples, the matrix elements can cause self quenching, self absorptionand ionization process, so there is a result analysis error. In the rock geochemical process"the elements of the same group at the periodic system have the tendency to be togetherbecause of their same characteristic. In Absorption Atomic Spectroscopy analysis, theelements associate can absorb primer energy with similar wave length so that it can causedeviation in the result interpretation. The aim of study is to predict matrix element influencesfrom rock sample with application standard method for reducing deviation. In quantitativeway, assessment of primer light intensity that will be absorbed is proportional to theconcentration atom in the sample that relationship between photon intensity withconcentration in part per million is linier (ppm). These methods for eliminating matrixelements influence consist of three methods: external standard method, internal standardmethod, and addition standard method. External standard method for all matrix elements,internal standard method for elimination matrix elements that have similar characteristics,
ISBN 979-8769-12-0 305
PROSIDING SEMINAR GEOLOGI NUKLIR DAN SUMBERDAVA TAMBANG TAHUN 20041PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN GAUAN DAN GEC>LOGt NUKUR-BATA~IJ<::okcort<::o.22 S-pt~b __ 2004
addition standard method for elimination matrix elements in Au, Pt samples. The third ofstandard posess here accuracy are about 95-97%.Key words: Matrix elements, analysis Au, AAS
PENDAHULUAN
Latar Belakang.
Tulisan ini merupakan realisasi dari
Usulan Kegiatan Penunjang Penelitian
(UKPP) Bidang Eksplorasi dan Geologi No.
Kode: P2BGGN/ Eks/K101/2003
Analisis unsur contoh batuan dengan
metoda Spektroskopi Serapan Atom (AAS)
sangat dipengaruhi oleh unsur matriks.
Unsur matriks adalah unsur pengotor yang
keberadaannya sangat mengganggu
terhadap unsur yang akan dianalisis,
sebagai contoh unsur-unsur yang
mempunyai sifat kimia dan fisika hampir
sarna (Li, Na, K, Rb, Cs), unsur yang
dominan dengan konsentrasi tinggi (Fe,
Cu), unsur yang mudah terbentuk ion
(logam alkali dan alkali tanah), sehingga
dapat berpengaruh terhadap hasil analisis.
Spektrokopi Serapan atom (AAS) adalah
suatu metoda analisis atom/unsur tunggal
(single element) didasarkan pada
pengukuran absorpsi dan emisi atom.
Secara kuantitatif intensitas cahaya sumber
yang diserap oleh atom berbanding
langsung dengan konsentrasi atom dalam
larutan. Intensitas cahaya yang diserap oleh
atom sangat dipengaruhi unsur matriks
tergantung pada sUhu, pH dan konsentrasi
ion asing[1].Keberadaan unsur matriks inilah
306
yang sering mengakibatkan penyimpangan
penyimpangan dalam hasil analisis.
Karakter geokimia unsur-unsur
sebagian besar dipengaruhi oleh konfigurasi
electron atom-atomnya sendiri. Karakter
geokimia sangat erat hubungan dengan
letak suatu unsur dalam susunan berkala.
Unsur unsur yang terletak pada golongan
yang sama dalam sistem periodik akan
mempunyai sifat kimia dan fisika yang
hampir sarna, oleh kerena itu keberadaan
unsur-unsur tersebut cenderung bersama
sarna (unsur asosiasi). Sebagai contoh
golongan IA golongan alkali (Li,
Na,K,Rb,Cs) seperti terlihat pada Tabel 2
Sistem Periodik . Dalam bidang geologi
unsur-unsur tersebut dikenal sebagai unsur
asosiasi (K-Rb ,Ca-Sr ,Pt-Ru-Rh-Pd-Os-Ir,
Rare Earths). Karakter geokimia unsur
dapat untuk menduga terbentuknya tipe
mineral dan asosiasinya dimana dia terjadi.
Unsur Au berasosiasi dengan unsur Fe, Cu
dalam bentuk mineral-mineral Fe2S (Pyrite),
CuFeS2 (Chalcopyrite). Fe dan Cu
merupakan unsur matriks dari contoh emas.
Pengaruh unsur matriks dapat
mengakibatkan proses redaman diri (self
quenching), serapan diri (self absorption)
dan ionisasi sehingga terjadi penyimpangan
ISBN 979-8769-12-0
PROSIDING SEMINAR GEOlOGl NUKlIR DAN SUMBERDAYATAMBANG TAHLJN2004PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN GALI.AN DAN GEC>LOGt NUKUR-BATAN
JClk<:Jrt~. 22 SeptE!'C"Y\t:>eor 2()().4'
terhadap hasil analisis yang menyebabkan
hubungan intensitas cahaya (fluoresensi)
yang dipancarkan oleh atom berbanding
langsung dengan konsentrasi unsur dalam
contoh menjadi tidak linierl1]. Sebagai
contoh pengaruh Fe terhadap sample Au
untuk konsentrasi Fe>5% terjadi
penyimpangan hasil >10%[2]. Cara
mengatasi penyimpangan yang ditimbulkan
oleh unsur matriks saat ini ada 3 metoda
yaitu metoda standar eksternal, metoda
standar internal dan metoda standar
adisi[1,3].
Permasalahan
Pada analisis Au dipengaruhi unsur
matriks Cu, Pd, Ni, Ag dan Fe. Unsur Fe
adalah matrik dalam sample emas, mula
mula untuk mengurangi pengaruh Fe
(unsure matrik) dilakukan preparasi kimia
(ekstraksi), tetapi ternyata masih
berpengaruh terhadap hasH analisis
(TabeI1). Hal ini disebabkan karena
pengaruh unsur matriks Fe sangat dominan
maka terjadi penyimpangan terhadap hasH
>10% untuk kadar Fe>5% seperti terlihat
pada Tabel 1. HasH analisis Au dengan
metoda standar murni mempunyai
perbedaan yang signifikan dibanding hasH
Au dengan metoda standar adisi yaitu
>10%, disebabkan unsur matriks Fe sangat
berpengaruh pada kadar Fe >5%.
Sedangkan pada kadar Fe<5% hasH
ISBN 979-8769-12-0
analisis Au dengan metoda standar mumi
dan metoda standar adisi mempunyai
perbedaan kecil <5%, disebabkan unsur
matriks Fe tidak berpengaruh. Dalam hat ini
unsur matriks dalam metoda standar adisi
sama dengan contoh Au, sedangkan
standar murni tidak ada unsur matriks.Cara
untuk mengeliminasi unsur matriks tersebut
digunakan metoda standar adisilmetoda
standar eksternal dengan tingkat akurasi
antara 95-97%.
Tujuan
Kajian teoritis pengaruh unsur matriks
pada contoh batuan metoda Spektroskopi
Serapan Atom untuk memprediksi pengaruh
unsur matriks dalam contoh batuan dengan
metoda standar yang cocok guna
mengeliminasi unsur matriks sehingga
penyimpangan dapat diperkecil.
Teori
Metoda AAS suatu metoda
didasarkan pada pengukuran absorpsi dan
emisi atom atom/unsur. Atom yang berasal
dari proses pembakaran molekul-molekul
dalam larutan contoh apabila diberi energi
sumber maka akan terjadi eksitasi pada
saat kembali ke dasar dengan
memancarkan cahaya. Intensitas cahaya
yang dipancarkan sebanding dengan
konsentrasi unsur dalam centoh. Unsur
matriks sangat berpengaruh terhadap
307
PROSIDING SEMINAR GEOlOGI NUKlIR DAN SUMBERDAYATAMBANG TAHUN 2004\PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN GAUAN DAN GEOLC>GI NUKUR-BATAr;:1_ Jc>kartc>.22 s-pt--.-.t:>eo- 2004
intensitas cahaya. Teori yang terkait dengan
proses tersebut diatas adalah :
1. Struktur atom (teori kuantum)
2. Proses eksitasi atom
3. Interaksi energi
atom/molekul.
radiasi dengan
Tahcll. Basil analisis unsur Au dan Fe mcnggunak~\n AAS
F--Konscntrasi Unsur
SdisihNo
Kodc Contoh_ I'cne,arllh
Au (ppm)Au(ppm)konscntrasl r
%Fc'C
Std mumiSid adisi Au (%) I
I.KaL04ffR JbilD/06/CH/98 0,560.468.3017,9
,> l (I':'.,Ii
0,282.986.7
i\
2.Kal.04frRK 06/II/CH/98 0,30 ,,
3_
Kal.04rrR JbiID/14!CH/98 0,430,367.6016,3I:;. 10%,J
4.
Kal.04rrR JhilO/iSICW98 0,480,454,526,3,1
t5_
KaL04rrR 17/16/CH/98 0,300,281.316,7
6.
KaL04rrR Jbi/0125/CH/98 0,340,287.6017,6> 10'){,
7.
Kal.04rrR 23/27/Clf/98 0,490,436.4812,2> 10%
8.
KaL04rrR 23/J3/CI·I/98 0,470,399,8317.0:> 10%
9_
KaL04ITR 23138/CH/98 0,290.257,3913,8> 10%
10_
KaL04ITR 23139/CW98 0,250,225,0212,0> 10%
II.
KaL04ITR 23/40/CH/98.--
0,23 0.21I 4,59 8,712.
Kal.04/TR 23/41/CH/98 0,570,467,8015,8> 10%
13_
Kal.04rrR Jbi/C/4J/CI-I/98- 0,350,316,5811,4> 10%
14_
Kal.04ITR Jbi/C/47/CI-I/9R 0,280.255,14\0,7> 10%
15.Kal.04rrR Jbi/C/50/CHI98 '.'0,610,518,62'16,4>-10'% .
16.
Ka1.04rrRJbi/C/54/CHI98<<0,53 '..0,448,71 .'17,0> 10%
17.Ka1.04ffR JbilB/56/CH/98 .•..•0,480,444,84 ".8.3
1&.
Kal.04rrRJbi/U/63/C H/98 ••.0,360,334.01 .'8,319.
Ka1.04rrR Jbi/E/661Csl9R'" .0,330,312,19G,n j
20.
KaL04ffR JhiIBA/631B/98 0,290.270,616.921.
Ka1.04rrR Jbi/F.J70/CH/98 .'0,36 ...0,33\,588,322.
Ka1.04ffR Jbi/E.l73/CH/98 0,590.544,73 ..8,523.
Kal.04ITR Jbi/E/76/Cs/98 .0,720.68\,975,6 ,24.
Ka1.04frR Jbi/E/78/Csl98 ••••••0.39.... 0,36'·1,797.7 iI25.
Ka1.04rrR Jbi/E/80/Cs/98 ....O,36.m0,332,268,326.
Kal.04rrR Jbi/f)821Csl98 .0,430,385,4011.6:> 10%
27.
Kal.04ITR Jbi/EJ83/Cs/98 .'.0,29· .0,272,786,92&.
Ka1.04rrR Jbi/E.l86/CH/98 0,350.322,178,629.
Ka1.04ffR R 1/98 .0.68 0,660,542.9
J
30_
KaL04ffR B219R . '
.' 0,34 .•.. 0,313,46.8.8.
31.KaL04/TR 03/98 0,430,393,869,3-
308 ISBN 979-8769-12-0
Sub kulit d (Diffuse)
Sub kulit f
PROSIDING
1. Struktur Atom
Atom adalah suatu partikel yang terdiri
dari inti atom bermuatan positif dan elektron
yang bermuatan negatif. Elektron berada di
luar inti atom beredar mengelilingi inti atom
pada lintasan yang memiliki tingkat energi
(energy level) tertentu dan tidak menyerap
atau melepaskan energi menu rut Niel Bohr.
Elektron berperilaku sebagai gelombang
dan partikel Posisi elektron dalam atom
tidak dapat ditentukan secara pasti., yang
dapat ditentukan adalah keboleh jadian
menemukan elektron pada orbital dengan
jarak tertentu dari inti atom. Cara
menyusun/mengatur elektron suatu atom
disebut konfigurasi elektron, sedangkan
cara menentukan posisi elektron dalam
atom adalah bilangan kuantum (Teori
Kuantum)[1.3.5,Gl.
Bilangan kuantum ada 4 jenis yaitu :
Bilangan kuantum utama (n).
Bilangan kuantum azimuth (I).
Bilangan kuantum magnetic (m)
Bi1angan kuantum spin
1.1 Bilangan kuantum utama (n)
Bilangan kuantum utama (n) adalah cara
menentukan posisi elektron dalam
kulitllintasan atom tingkat energi utama.
Harga n: 1,2,3,4,5,6,7.
Kulit: K ,L, M, N, a
Semakin jauh dari inti atom harga n
semakin besar, sehingga tingkat energi
semakin basar.
1.2. Bilangan kuantum azimuth (I)
Bilangan kuantum azimuth adalah bilangan
untuk menunjukkan sub kulit dimana
elektron yang bergerak merupakan
penyusun kulit atom
Harga I : 0 sId (n-1).
Harga I : 0.1,2,3,4
Sub kulit : s,p,d,f
Sub kulit s (Sharp)
Sub kulit p (Principle)
(Fundamental)
1.3 Bilangan kuantum magnetik
Bilangan kuantum magnetik adalah bilangan
kuantum untuk menunjukkan letak orbital
dalam sub kulit. Pada orbital-orbital tersebut
kemungkinan eiektron berada .
Harga m : -I sId +1
I = 0 (sub kulit s), harga m = 0 (mempunyai
1 orbital)
I = 1 (sub kulit p), harga m = -1.0,+1
(mempunyai 3 orbital)
1= 2 (sub kulit d), harga m = -2, -1, 0, +1, +2
(mempunyai 5 orbital)
I = 3 (sub kulit f), harga m = -3, -2, -1, 0,
+1, +2,+3 (mempunyai 7 orbital)
1.4. Bilangan kuantum spin
Bilangan kuantum spin adalah bilangan
kuantum yang menunjukkan arah rotasi
(perputaran) elektron pada orbital.
ISBN 979-8769-12-0 309
PROSI DI NG SEMINAR GEOLOGI NUKLIR DAN SUMBERDAYA TAM BANG TAHUN 200.41PUSAT PENGeMBANGAN BAHAN GALIAN DAN GEOLOGI NUKUR-BATA'::IJe>kClrte>. 22 S-ptEMY'ober 200.4
2 Proses Eksitasi Atom
a. Efek Foto Listrik
Konfigurasi elektron per kulit ( K,L,M,N ) dan sub kulit( s,p,d,f).
JumlahJumlahSub Kulit OrbitalElektron
s42
D
36d
510f
714
terjadi pelepasan elektron/spin pada kulit
yang paling dalam (kulit K orbiter s) dan
menyebabkan atom mengalami eksitasi
karena adanya kekosongan elektron dari
kulit Kyang kemudian diisi oleh elektron
pada kulit L.Apabila kekosongan elektron
terjadi pada kulit K dan diisi oleh kulit L
orbitel s maka menghasilkan spektrum Ka
dan apabila diisi oleh kulit L orbitel p
menghasilkan spektrum Kb dan kembali ke
ground state dengan memancarkan cahaya
yang disebut energi cahaya/fluoresensi
(energi radiasi). Proses fluoresensi seperti
terlihat pada Gambar 1[1,4,7].Proses ini
terjadi pada alat analisis XRF
Oalam satu orbital berisi maksmum dua
elektron dengan arah perputaran
berlawanan, dapat dilambangkan dua anak
panah dengan arah berlawanan pada satu
kotak yang diberi tanda positif dan negatif.
Tabel 5. Jumlah Elektron Maksimumda Orbitel
Suatu atom Li apabila diberi energi
radiasi/foton (Iampu katoda) akan
mengabsorpsi energi tersebut sehingga
terjadi loncatan elektron (spin) dari orbitel s
pada kulit paling luar (L) dan pada saat
kembali ke ground state spin masuk pada
orbitel p dengan memancarkan
cahaya.lntensitas cahaya yang dipancarkan
oleh atom sebanding dengan konsentrasi
unsur/atom yang dianalisis[4].Efek foto listrik
ini dapat terjadi pada AAS (Atomic
Absorption Spektroscopy), FES (Flame
Emission Spektrometer) .Proses ini terdapat
pada Gambar 1
b. Efek Compton
Apabila suatu atom Li diberi energi
radiasi yang lebih besar (sinarx, uv) akan
3. Interaksi energi radiasi denganatom/molekul .
Atom terdiri dari partikel-partikel yaitu
inti atom bermuatan positif dan elektron
yang bermuatan negatif Elektron
berperilaku sebagai gelombang berada
pada kulit yang beredar mangelilingi inti
atom dengan energy level tertentu yang
tidak menyerap dan membebaskan energi.
Apabila atom diberi energi sumberlfoton
maka atom akan mengabsorp energi
tersebut sehingga terjadi eksitasi dengan
energi lebih besar4]. Energi atom yang
mengalami eksitasi terdiri dari energi
elektronik, energi vibrasi dan energi rotasi
pada saat kembali ke ground state
310 ISBN 979-8769-12-0
PROSI DI NG SEMINAR GEOlOGI NUKlIR DAN SUMBERDAYATAMBANG TAHUN 20041PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN GA.LtAN DAN GEC>LOGt NUKUR-BATA~I..Jakcwtoo- 22 SEtpteof"'nD<er 2004
konsentrasi/kadar unsur dalam contoh
dilakukan dengan cara menginterpolasi
intensitas cahaya (fluoresensi) yang
dihasilkan oleh unsur tersebut pada kurva
kalibrasi standar.
Persamaan kurva kalibrasi standar .
Y=a+bX
memancarkan cahaya Ifoton yang
merupakan efek foto listrik.
Proses diatas seperti terlihat pada gambar 2
diagram energi radiasi atom.
Energi radiasi yang dipancarkan merupakan
fungsi frekuensi/panjang gelombang.
Atom/ion monoatomik memancarkan
spektrum garis, sedangkan molekul
memancarkan spektrum pita. Apabila garis
spektrum dari tingkatan energi elektronik
mengalami pelebaran berarti sedang
mengalami absorpsi oleh atom-
atom/molekul yang mempunyai panjang
gelombang yang berdekatan[1,6].
Metode mengatasi pengaruh matrik[2]
diabaikan.
SRM
Untuk menentukan
Contoh
Cara mengatasi penyimpangan
terhadap hasH analisis akibat pengaruh
unsur matriks secara umum ada 3 metoda
yaitu : metoda standar eksternal, metoda
standar internal dan metoda standar adisi.
Masing-masing metoda diuraikan sebagai
berikut :
Metode Standar Eksternal[13].
Metoda standar eksternal adalah
suatu metoda yang menggunakan standar
yang mempunyai kadar unsur matriks sama
dengan contoh, sehingga unsur dalam
contoh dan standar mempunyai daya serap
sama terhadap intensitas cahaya sumber,
maka pengaruh unsur matriks dapat
ISBN 979~8769~12-0
dimana
Y= intensitas cahaya unsur standar
X = konsentrasi unsur standar.
a = intersept konstan
SRM Contoh b = slope konstan.
Metoda standar eksternal adalah standart
referent material yang paling baik karena
unsur matriks dalam standar sama dengan
contoh, sehingga mempunyai tingkat
kesalahan yang rendah oleh karena itu
dapat digunakan untuk mengatasi pengaruh
semua unsur matriks sebagai akibat proses
serapan diri . redaman diri, dan ionisasi.
Metoda standar eksternal dapat digunakan
mengeliminer unsur matriks dengan tingkat
akurasi sekitar 95-97%[8].
311
PROSIDING SEMINAR GEOLOGI NUKUR DAN SUMBERDAYA TAMBANG TAHUN 2004PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN GALIAN DAN GEOL<::>GI NUKLIR-BATAN
JakartCl .. 22 .s.e.pternbeor 2CC\.4.
Metode Standar Internal[1,3].
Metoda standar internal adalah
metoda standar murni (single elemen) yang
dapat digunakan sebagai pembanding.
Pada contoh maupun standar ditambahkan
unsur dengan sifat hampir sama dengan
unsur yang dianalisis. Hal ini untuk
mencegah terjadinya energi radiasi yang
dipancarkan oleh dua unsur dengan
panjang gelombang yang berdekatan.
Menentukan konsentrasi/kadar unsur dalam
contoh dengan persamaan :
AACA =-xC/s
A/s
Unsur Unsur
Metoda standar internal dapat digunakan
untuk contoh yang mengandung urtSUr
matriks mempunyai sifat kimia hampir
sama, misalnya analisis unsur Na da~am
contoh mengandung Li dengan srrat kimia
sama. Pad a contoh dan staMar
ditambahkan Li sehingga intensitas cahaya
yang dipancarkan Li akan tergenangi.
Metoda standar internal mempunyai tingkat
akurasi sekitar 95%[1].
Metoda Standar Adisi[1.3]
Metoda standar adisi adalah suatu
standar murni (single elemen) yang
digunakan sebagai pembanding melalui
penambahan langsung dalam contoh
dengan konsentrasi tertentu.
Menentukan konsentrasilkadar
unsur dalam contoh :
AcCA =----xCs
Asc - Ac
Standar Contoh
Dimana :
CA = konsentrasi unsur dalam contoh.
CIS = konsentrasi unsur yang ditambahkan
dalam standar
AA = Absorban/lntensitas cahaya dalam
contoh
A,s = Absorban/lntensitas cahaya dalam
standar
CA = Konsentrasi unsur yang dianalisis
Ac = Intensitas cahaya dalam contoh
As c = Intensitas cahaya dalam conbh +
standar
Standar Contoh
Standar
f
Contoh
312 ISBN 979-8769-12-0
PROSI DI NG SEMINAR GEOLOGI NUKLIR DAN SUMBERDAYA TAM BANG TAHUN 200~.PUSAT PENGeIVlBANGAN BAHAN GAt..1AN DAN GEC>LOGI NUKUR-BATANJe>karte>.22 Septec-nb •••.2004
Cs = konsentrasi unsur standar yang
ditambahkan
Metoda standar adisi merupakan standar
dengan tingkat akurasi tinggi tetapi biaya
sangat mahal dapat digunakan untuk
analisis logam mulia seperti Au ,Pt[1].
Metoda standar adisi dapat digunakan untuk
mengeliminer unsur matrik pada contoh
emas dengan tingkat akurasi sekitar 95
97%[1] .
HASIL DAN PEMBAHASAN
Metoda AAS
Spektroskopi Serapan Atom (AAS)
adalah suatu metoda analisis didasarkan
pada pengukuran absorpsi dan emisi atom
tunggal (single element). Pada proses
pembakaran molekul-molekul dalam larutan
contoh akan terjadi atomisasi dan ionisasi.
Arus oksigen yang dilewatkan melalui pipa
kapiler akan menarik cairan berupa titik
cairan halus. Kabut cairan halus dibawa
oleh hembusan udara kedalam nyala api
sehingga terjadi proses atomisasi dan
ionisasi. Atom dan ion-ion yang te~adi
apabila diberi energi sumber (Iampu katoda)
mempunyai panjang gelombang yang
sesuai dengan unsur yang akan dianalisis ,
sehingga atom pada contoh akan terjadi
eksitasi karena pelepasan elektron disertai
pemancaran cahaya untuk kembali
mencapai keadaan dasar (ground state).
ISBN 979-8769-12-0
Intensitas cahaya yang dihasilkan dari
proses diatas masuk ke monokromator
untuk di filter kemudian ditransmisikan ke
detektor sebanding dengan konsentrasi
unsur dalam contoh. Hubungan intensitas
cahaya dengan konsentrasi unsur linier
untuk kadar ppm. Unjuk kerja alat
Spektroskopi Serapan Atom dapat dilihat
pada Gambar 3[1,5].
Pengaruh unsur matriks terhadap hasilanalisis
Pada proses geokimia batuan terjadi
dari unsur-unsur yang mempunyai karakter
mmp keberadaannya akan cenderung
bersama-sama membentuk asosiasi unsur
unsur di alam. Sedangkan dialam asosiasi
unsur-unsur membentuk asosiasi mineral
mineral sehingga terjadi proses geokimia
batuan. Unsur asosiasi ini yang disebut
unsur matriks.
Unsur matriks merupakan unsur
pengganggu yang dapat berpengaruh
terhadap hasil analisis yaitu unsur yang
terdapat pada golongan yang sama akan
mempunyai karakter mirip (sifat kimia dan
fisika) telah mempunyai energi ionisasi
(energi level) yang berdekatan untuk
melepaskan kulit terluar sangat dipengaruhi
konfigurasi elektron (Tabel 3 dan Tabel 4).
Contoh unsur yang mempunyai karakter
mirip terdapat pada golongan sama contoh
unsur alkali terletak pada golongan IA (Li,
313
PROSIDING SEMINAR GEOLOGI NUKLIR DAN SUMBERDAYA TAMBANG TAHUN 2004:PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN GAUAN DAN GE<>LOGI NUKLIR-BATANIJakar'fCl .. 22 S..eptEM""'nbe-r 2004
Na, K, Rb, CS) (Tabel 2) , unsur-unsur
tersebut dengan konfigurasi elektron
terletak pada sub kulit s1 (blok S) sehingga
mempunyai elektron valensi 1(teori
kuantum) .
Unsur matriks berpengaruh terhadap hasil
analisis karena dapat mengakibatkan :
1. Proses absorpsi diri (self absorption
process)
2. Proses redaman diri (self quenching
process)
3. Proses ionisasi
Proses absorpsi diri (self absorption
process)
Proses serapan diri (self absorption) adalah
proses yang terjadi sebagai akibat dari
energi radiasi sumber diserap oleh unsur
yang dianalisis mempunyai panjang
gelombang saling berdekatan dengan unsur
matriks sehingga te~adi eksitasi pada saat
kembati ke dasar disertai pelepasan energi
radiasi (intensitas cahaya) menjadi besar
akan penyimpangan terhadap hasil
analisis[1].Cara mengatasi proses serapan
diri dengan menggunakan standar
eksternal, standar internal dan standar adisi.
Atom Na dan li mempunyai karakter yang
mirip karena terdapat dalam satu golongan
dalam sistem periodik. Apabila atom Na
diberi energi sumber (Iampu katoda) maka
Na dan Li dengan panjang gelombang yang
berdekatan (Tabel 3) akan menyerap energi
tersebut sehingga te~adi eksitasi dengan
314
melepaskan elektron pada sub kulit terluar
3s1 di blok s, (TabeI4) pada saat kembali ke
ground state memancarkan energi foton
(intensitas cahaya) masuk ke monokromator
untuk difilter kemudian ditransmisikan ke
detektor yang sebanding dengan
konsentrasi unsur Na dalam sampel. Pada
saat Na menyerap energi radiasi dan Li
sebagai unsur matriks juga menyerap
energi tersebut karena mempunyai panjang
gelombang yang berdekatan pada saat ke
dasar akan memancarkan intensitas cahaya
besar dapat mempertinggi energi radiasi
sehingga terjadi penyimpangan terhadap
hasil analisis pada Gambar 4, hubungan
intensitas cahaya dengan konsentrasi
menjadi tidak tinier.
Cara mengatasi penyimpangan
sebagai akibat unsur matriks tersebut
dengan menggunakan metoda standar
internal yaitu pada sampel dan standar
ditambahkan unsur Li dengan konsentrasi
yang sama agar Li tergenangi.
Proses redaman diri (self quenching
process)
Proses redaman diri (self quenching
process) adalah proses yang terjadi atom
yang dipengaruhi oleh unsur matriks yang
sukar tereksitasi karena mempunyai
susunan sub kulit terluar besar dan stabil
memerlukan energi besar untuk
melepaskan 2 sub kulit terluar sehingga
akan mempengaruhi unusur yang dianalisis.
ISBN 979-8769-12-0
PROSIDING SEMINAR GEOLOGI NUKlIR DAN SUMBERDAYATAMBANG TAHUN2004PUSAT PENGEMBANGAN BAHAN GALIAN DAN GEOL<::>Gi NUKUR-BATAN:
JakCX"1"a. 22 s.e.pt~ber 200-.4
Intensitas cahaya yang dipancarkan oleh
atom pada saat ke ground state sebagian
akan diserap oleh unsur matriks tetapi tidak
tereksitasi sehingga intensitas cahaya yang
dipancarkan akan berkurang konsentrasi
rendah. Hal ini terjadi pada unsur matriks
dengan konsentrasi tinggi sehingga akan
merendahkan intensitas cahaya yang
dipancarkan oleh atom yang dianalisis pad a
saat ke ground state, sehingga terjadi
penyimpangan terhadap hasil analisis.
Contoh analisis unsur Au yang dipengaruhi
unsur matriks Fe, Ag, Cu, Pd terdapat pad a
golongan transisi dan Fe dominan. Apabila
Au diberi sumber energi akan tereksitasi,
energil intensitas cahaya yang dilepaskan
sebagian diabsorp oleh Fe pada saat ke
ground state sehingga energi radiasi
rendah, daiam sub kuJit terluar terdapat spin
hampir penuh sehingga sulit untuk
melepaskan spin pada kulit terluar
ISBN 979-8769-12-0
memerlukan energi yang besar. Au dengan
matriks Fe kadar >5% terjadi penyimpangan
>10% sebagai akibat proses redaman diri
seperti terlihat pada Table 1 dan Gambar 5.
Cara mengeliminer unsur metriks Fe pada
contoh Au dengan metoda standar
adisi/metoda standar eksternal. Pada
contoh lain unsur matriks Ni, Ag, Pt, Au, Pb
merupakan peredam kuat terhadap U untuk
konsentrasi 1-51Jgr/l (menurut Grimaldi )
terjadi penyimpangan >10% dan Fe, Cu, In.
Sn, merupakan unsur peredam sedang
terhadap U untuk konsentrasi 10-50 IJgrll
terjadi penyimpangan >10% pada logam ,
untuk non logam I (Iodium) merupakan seft
quenche~1J Cara mengatasi pengaruh unsur
matriks sebagai akibat proses redaman diri
dengan menggunakan metoda standar
eksternal/metoda standar adisi .
Contoh unsur sub kulit besar ( energi level
besar)£4J:
315
Tabel ,2 SistcrTI Periodik
""tJ:::0o(,J)-C-Z(i)
GOLONGAN ---- .••.
IA
ICS]"1-
H..'K'" .n
:':':""10,0:;;"''''' 2 CJr";o~'1
34
.•..
,.I 5' Rb« a .~.a 1 2,CE 6CslJ..J 0- ...•'I
7Fr
•.•....•....
IIA,1
IVB
Ca
.Sc 1i--'
...-''''.,.",.. ...ToH7.6~
•y''''''Sr ,..,...
~ .•.., Sa57-71......
22~Ra23-1C3
Rf,-,~.•' """",...;~~H~ .0.
VIB VIIS ~VIIIB---"'>.> '
CO.'Ni ~~~ ~~
IliA.' .S'
1.'":11 ••• •
IVA VAl
,1~~
1 ••.. ·.>:::>b
Cr:r .•
/
enOJZCD....•CDIco....•enCD•..I.NIo
H!';"~(H OII~Qr~,..,.. U1
'>.>80 0,59-'.1.a:,l.:,I<.I "':I",;trn La NdPm8mEu
Hg
2,1Tir:~k.':>: ~'''.~.;I.:.;):.•.•i-'''' ~••••••••••••N·...,.,.,.. •..(JIU..J •••••••••LAn'''''''''' LAJ.~r!ANC'...:238 .."
(XO}c-f'4Sdltl6&~
K~""·I''aI' .• ra:;, ~t",I0:.''';:)n.AcThPau~·u_~E:~'PU~~'Arii~'
Raksa
NAMA """,""7.'"--..-.....".........,~ :-'~,.....~..inl
Tabel 3 : Konfigurasi Elektron Logam Alakali
Shell K L M N o p
-0~
o(J)-C-Z(j)
Li 1822s
Na
1822822p635 .
K182"2822p63823p6 4s
Rb18228221'63823p6 3d1O4824p6 5s
Cs182.2822p6,3823p6 3d1O,4s24p64d1O5s25p6 65
w...•..
Q)
Tabel4. Diagram Energi level logam Alkali
-0:;0otJ)-C-Z(i)
, &pI,,
,L - - - - - - __ 2.,.
H~PDF
7654
enOJZCD~CDIQ)....••
enCDI...•..
Nb
..•tv-fq,OOO,
n-="~
2Q1°t=1
/2p•rI1,.
. :40.000 t :. 2s:
• R _,3di •"!.,1,.
r
,3pI.--4----.---,,., ..I .,II,•r
,. ,J. tt' /
:~ ,Sp.~p ,, 1, ,I ,-t' -- - - - ,:-- - - ,1.- - -- - -- - - - -;' , . tJ :I _
75-".---.
/ 'Sc;jI
3
Proses ionisasi
Bila contoh dibakar pada suhu tinggi
sebagian atom mengalami proses ionisasi
sehingga terdapat penambahan kation,
sebagai contoh log am -Iogam alkali dan
alkali tanah mudah terbentuk ion:
Na -+Na+ + e
Atom Na dan ion Na mempunyai
spektrum dengan frekuensi yang berbeda
seperti terlihat pada gambar 6 dan Tabel 4
(konfigurasi elektron atom)[1.4]. Proses
ionisasi mengurangi tenaga radiasi dari
emisi atom. Apabila dalam contoh analisis
Na terdapat unsur matrik yang mempunyai
sifat kimia hampir sarna pad a satu golongan
dalam sistem periodik seperti terlihat Tabel
2, sebagai contoh logam kalium (K) yang
telah terionisasi sehingga menindas ion
logam Na akan menyebabkan terjadinya
tekanan parsiel elektron-elektron bebas
lebih besar. Dengan demikian emisi atom
Na bertambah dapat mempertinggi
intensitas cahaya,(1) Analisa terhadap
contoh Na yang mengandung unsur matrik
K dan menimbulkan kesalahan-kesalahan
dalam pengukuran. Cara mengatasi hal
tersebut dengan menggunakan standar
internal yaitu menambah garam K pada
contoh dan standar agar pengaruh matrik
dari logam Na dapat tergenangi[1,4].
O. Etek toto listrik
m.
b.Efek Compton
Peleposan elektronEnergi fluoresensi
E = h.v
Gambar 1 : Proses Eksitasi Atom
Besar Energi Fluoresensi atom berdasarkan hukum plank
E = hv v=c/J...
ISBN 979-8769-12-0 319
PROSIDING
E =hc/A
SEMINAR GEOlOGI NUKLIR DAN SUMBERDAYA TAM BANG TAHUN 2004PUSAT Pf;NGEMBANGAN BAHAN GALIAN DAN GEOLOGt NUKLIR-BATAN!Jakc:::wt~•. 22 S4stpt4!M'T"lDet" 2(X)4
dimana:
E = energi radiasi
V = frequensi I bilangan gelombang
c = kecepatan gelombang elektromagnetiklcahaya = 3 x 10 8
A = panjang gelombang
h = konstanta Plank = 6,63 x 10 -34
Eeks
Energi Primer i 1Eo E emisi
• Energi yang dipancarkan
Groundstate
Gambar 2 : Diagram eergi radiasi atom/molekul
E eks = h V ------------------------- Energi radiasi atom mengalami eksitasi
E eks = E rotasi + E vibrasi + E eleltronik
E emisi = h v---------------------------Energi radiasi pada saat ke ground state
E = Eeks - E emisi = h v-------Energi radiasi yang dipancarkan/ foton
320 ISBN 979-8769-12-0
PROSIDING SEMINAR GEOLOGI NUKLIR DAN SUMBERDAYA TAMBANG TAHUN 20041PUSAT PENGEN'lBANGAN BAHAN GALIAN DAN GEOLc:>Gt NUKLIR-BATANIJakCJrt~ •.22 Seopt<EM'T'\Dec" 200-4'
tabungkatoda
cekung
sumbertenaga
pemotongberputar
nyalamODokromator detektor
penguatarus searah
bahanbakar
oksigencontob
Gambar 3 : Unjuk Kerja Alat Spektroskopi Serapan Atom
Contoh :Li, Na [4}11Na 1 52 2 52 2 p6 3 51
3Li 1 52 2 51
MI~L 11!1 t ~It! I nKI t l Na
M
Gambar 4: Proses. Absorpsi Diri pada logam Alkali
ISBN 979-8769-12-0 321
PROSIDING SEMINAR GEOlOGI NUI<LIR DAN SUMBERDAYA TAM BANG TAHUN 2004PUSAT PENGEIVIBANGAN BAHAN GAt..IAN DAN GEOLOGt NUKLIR-BATANIJakc>rta. 22 S-pternber 2004
sp
1S2 2i- 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8
S
28 Ni IT!]
s
I" S
2~U
ls2 2SZ2p6 3s2 3p6 4s1 3d1O II]Cu s
S
30Zn
ls2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3dlO [!]In
s
[!]
ssp
[[]Gambar 5 : Proses Redaman Diri pada unsur Golongan Transisi
322 ISBN 979-8769-12-0
PROSIDING SEMINAR GEOLOGI NUKLIR DAN SUMBERDAYA TAMBANG TAHUN 2004PUSAT PENGEIVtBANGAN BAHAN GAUAN DAN GE<>LOGt NUKUR-BAJ:AN
Jakarta. 22 s...pt~ber 2004
sP d Pd- Mlt
II,,,I M
Llt!t! t! U
LK1.ti
NaKI t 11Na+
NI t
pd NIIp d
Mlj tt~t!f!
LIf!i!t!it' L
··KI t!K
KI t IIKK+
~
IINa
•10 Na + + e
1 S2 2 s2 2 p6 3 S1
1 S2 2 S2 2 p6
19K
+•
IsK + e
ls2 2s 2 2p6 35 3 3p 6 4 81
1~2s22p63s33p6
Gambar 6 : Proses lonisasi pada Golongan Alkali
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Pada kajian teoritis pengaruh unsur
matrik terhadap hasil analisis dengan
metoda AAS dapat ditarik kesimpulan
sebagai berikut :
1. Unsur matriks dengan konsentrasi tinggi
dapat mempertinggi/merendahkan
intensitas cahaya yang dapat
menyebabkan terjadinya penyimpangan
terhadap hasil analisis dengan metoda
Spektroskopi Serapan Atom
2. Unsur matriks terdapat pada satu
golongan dalam sistem periodik
mempunyai karakter mirip dapat
mengakibatkan proses serapan diri dan
proses ionisasi untuk golongan alkali,
alkali tanah .
3. Unsur matriks yang terdapat pada
golongan transisi dalam sistem peliodik
dapat mengakibatkan proses redaman
diri.
4. Cara mengeliminasi unsur matriks dari
contoh batuan dapat digunakan metoda
ISBN 979-8769-12-0 323
PROSI DI NG SEMINAR GEOLOGI NUKlIR DAN SUMBERDAYA TAMBANG TAHUN 2004\PUSAT PENGEIVIBANGAN BAHAN GA.l.IAN DAN GE<>LOGI NUKLIR-BATA~IJakarta. 22 S-pt .••.•..•..•!::>....- 2004
standar eksternal, metoda standar
internal, dan metoda standar adisi.
5. Metoda standar eksternal (standar
referensi material) digunakan untuk
mengeliminasi semua sifat unsur matriks
yang disebabkan oleh proses redaman
diri, absorpsi diri dan proses ionisasi.
6. Metoda standar internal digunakan
untuk mengeliminasi unsur matrik yang
mempunyai karakter mirip (mempunyai
panjang gelombang berdekatan) dapat
menyebabkan proses absorpsi diri .
7. Metoda standar adisi digunakan untuk
mengeliminasi unsur matriks dapat
menyebabkan proses redaman diri
umumnya untuk analisis logam mulia
(Au, Pt) biaya mahal.
8. Metada standar eksternal, metoda
standar internal, metoda standar adisi
mempunyai tingkat akurasi sekitar 95-97%
Saran
Oalam analisis dengan metoda MS
perlu dilakukan penggunaan standar
referensi material untuk menguji tingkat
akurasi hasil analisis te'rhadap penggunaan
metoda standar adisi dan metoda standar
internal.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis ingin menyampaikan ucapan
terima kasih kepada Bapak DR Sutomo
324
Budihardjo M.Eng atas segala penjelasan,
bimbingan, pengarahan serta semua pihak
yang telah membantu sehingga tulisan ini
dapat terwujud.
DAFT AR PUST AKA
1. R SOENDORO, R A DAY. JR, A.L
Underwood, Chemicals Quantitative
Analysis, Edisi IV, Fakultas Kedokteran
Universitas Erlangga, Surabaya, 1983.
2. ENDANG MUCHTAR, "Laporan teknis, "
Mengeliminir pengaruh besi dalam
analisis unsur em as dengan Metoda
MS,2003
3. DJOKO SOETARNO, TYAS D, "Aplikasi
XRF", Pelatihan Keahlian Analisis
Mineral, P2BGGN-BATAN, 1996
4. M. ALONSO, EDWARD J. FINN,
"Quantum and Statistical Phisics",
Fundamental University Physics,
Volume III, 9_th Edition, Amerika, 1978.
5. HARVEY .E, ELLIOTT. W, "Introduction
to Atomic Spectra", Kugakhusa, Japan,
1934.
6. J A . DEAN, "Lange' s Hand Book of
Chemistry", 3_th Edition, Mc .Graw Hill,
New York, 1955.
7. WEHR, RICHARDS, ADAIR, "Physics
Of The Atom", 4)h America, 1984.
ISBN 979-8769-12-0