Spektrofotometer Nyala [PDF]

Citation preview

FOTOMETERI NYALA



I.



TUJUAN PERCOBAAN Setelah melakukan percobaan ini,mahasiswa diharapkan dapat : 1. Menggunakan alat spektrofotometer nyala



II. ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN Alat yang digunakan : 1. Alat fotometer nyala untuk Na dan K 2. Tabung LPG 3. Gelas kimia 100 mL 6 buah 4. Gelas kimia 250 mL 6 Buah 5. Botol semprot 3 Buah 6. Labu Takar 50 mL 6 buah



Bahan Yang Digunakan 1. Larutan standar K 10 ppm, 1 ppm 3 ppm



III. GAMBAR ALAT (TERLAMPIR)



IV. DASAR TEORI



4.1



Fotometer Nyala



Sebuah fotometer nyala dapat dibandingkan dengan sebuah absorpsiometer fotolistrik dan intensitas radiasi terfilter dari nyala itu diukur dengan sebuah detector fotolistrik. Fotometri nyala didasarkan pada kenyataan bahwa sebagian besar unsur akan tereksitasi dalam suatu nyala pada suhu tertentu serta memancarkan emisi radiasi untuk panjang gelombang tertentu. Eksitasi terjadi bila lektron dari atom netral keluar dari orbitalnya ke orbital yang klebih tinggi. Dan bila terjadi eksitasi atom,ion molekul akan kembali ke orbital semula dan akan memancarkan cahaya pada panjang gelombang tertentu. Prinsip dari fotometri nyala ini adalah pancaran cahaya elektron yang tereksitasi yng kemudian kembali kekeadaan dasar. Pada waktu elektron-elektron tereksitasi kembali ke tingkat dasar, akan diemisikan foton yang energinya : E emisi = E eksitasi – E dasar



Dipancarkannya warna sinar yang berbeda-beda atau warna yang khas oleh tiap-tiap unsur adalah disebabkan oleh karena energi kalor dari suatu nyala-nyala elektron dikulit paling luar dari unsur-unsur tersebut tereksitasi dari tingkat dasar ke tingkat yang lebih tinggi, yang dibolehkan. Pada waktu elektron-elektron tereksitasi kembali ke tingkat dasar, akan diemisikan foton yang energinya . Oleh karena tingkat-tingkat energi eksitasi tersebut adalah khas atau spesifik untuk suatu unsur logam tertentu,maka sinar yang dipancarkan oleh suatu atom unsur logam tersebut adalah khas pula. Dasar ini digunakan untuk analisa kualitatif unsur-unsur logam secara reaksi nyala.



Filter yang ditaruh antara nyala dan detector, meneruskan hanya suatu



garis kuat dari unsur itu. Detektor yang paling sederhana dan paling murah adalah sel lapisanbarier . Jika cukup energy mencapai sel tak diperlukan penguatan (amplifikasi) ataupun suplai tenaga luar, dan cukup diperlukan sebuah galvanometer yang peka. Sel lapisan barier memunyai koefisien tempratur yang tinggi. Oleh karena itu harus ditaruh di bagian yang sejuk dalam fotometer itu. Dalam beberapa hal presisi ditingkatkan dengan penggunaan suatu standar-dalam dan dua filter dan umumnya digunakan dua fotosel (satu untuk standard an satu untuk arus). Rangkaian elektronik dapat dirancang untuk menghasilkan pembacaan langsung dari angka banding intensitas-intensitas garis itu. Fotometer nyala dimaksudkan terutama untuk analisis natrium dan kalium dan juga untuk kalsium dan lithium, yakni unsur-unsur yang mempunyai spectrum nyala yang mudah tereksitasi, dengan intensitas yang cukup untuk dideteksi dengan sebuah fotosel. Desain sebuah fotometer nyala yang sederhana ditunjukkan dalam gambar XXII.9.. Udara dengan tekanan tertentu dilewatkan ke dalam suatu pengatom dan sedotan akan menarik larutan contoh ke dalam ke dalam pengatom dimana larutan itu bergabung dengan aliran udara sebagai suatu kabut halus dan mengalir ke dalam pembakar. Di sini dalam sebuah bilik pencampur kecil, udara bertemu dengan gas bakar yang disuplai ke dalam pembakar pada tekanan tertenu dan campuran itu dinyalakan. Radiasi dari nyala yang terjadi dilewatkan sebuah lensa , dan kemudian lewat digram iris, dan akhirnya ke sebuah filter optis yang meneruskan hanya radiasi yang karakteristik unsur yang diselidik, ke dalam fotosel. Keluaran dari dalam fotosel itu diukur pada galvanometer yang sesuai. Nyala itu dikitari dengan sebuah cerobong untuk melindunginya terhadap angin. Jalan optis dari cerobong ke fotosel dikurung dalam kotak kedap cahaya.



Sebuah contoh Instrumen tipe ini adalah Fotometer Nyala Corning EEL. Model 190 yang dicantumkan dalam gambar XXII. 10. Diagram garis bagian-bagian yang penting ditunjukkan dalam gambar XXII. 11. Alat ini merupakan sebuah fotometer sel tunggal sederhana dan berjalan dengan meneruskan dengan gas batbara (atau gas propane atau butane atau calor) dan udara tekan. Unsur yang dapat ditetapkan adalah natrium, kalium, kalsium, dan lithium. Daerah spectrum yang cocok dengan unsur yang sedang ditetapkan diperkecilkan dengan pertolongan filter optic.



Operasi instrument itu akan dipahami dengan merujuk ke gambar XXII. 11. Udara dimasukkkan dalam pengabut serba-logam 1 lewat katup kendali 2 pada tekanan yang terbaca pada alat-ukur 3 yang dipasang di bagian depan alat. Cairan dari piala 4 yang berisi contoh, ditarik ke pipa masuk 5 oleh aliran udara yang mengatomkan contoh menjadi kabut halus. Pengatub dilekatkan pada sumbat 6 diujung bilik seprot 7, dalam mana butir-butir yang agak besar jatuh dari dalam aliran udara dan mengalir keluar lewat pipa pembuangan 8. Gas dimasukkan ke dalam bilik semprot lewat pipa masukkan 9, yang dhubungkan oleh pipa ke Pemantap tekanan gas otomatis dan katub kendali 11. Campuran gas/udara terbakar dalam suatu nyala datar yang lebar, dan gasgas panas dilewatkan cerobong 17 yang diventilasi dengan baik.. Cahaya yang dipancarkan nyala tu dikumpulkan oleh reflector 13 dan difokuskan oleh lensa 14 ke dalam filter optis 15 yang dapat dipertukarkan, yang terletak pada fotosel lapisan-barier 16. Arus yang dihaslikan oleh fotosel ini dimasukkan ke satuan galvanometer gantung 18 lewat potensiometer terkalibrasi 17. Jendela kaca 18 ditaruh antara lensa dan filter untuk maksud pendinginan. Dilengkapi lempeng penutup 20 yang mempunyai ceruk berbentuk-V ntuk menempatkan piala 10 cm3 yang berisi larutan contoh, yang dapat digeser ke atas dan ditahan demikian, bila contoh disemprotkan.



Flame fotometer dibedakan atas dua yaitu : 1. Filter flame fotometer Hanya terbatas untuk analisa unsur Na,K dan Li 2. Spektro flame fotometer Digunakan untuk analisa unsur K,Ca,Mg,Sr,Ba dll.



Perbedaan alat ini terletak pada monokromatornya,dimana alat pertama menggunakan filter sebagai monokromatornya dan alat kedua yang berfungsi sebagai monokromatornya adalah pengatur panjang gelombang.



4.2



Filter Fotometer Nyala



Filter fotometer nyala merupakan salah satu dari sekian banyak instrument-instrumen kimia yang digunakan dalam bidang kimia analitik. Alat ini digunakan secara luas pada berbagai bidang ilmu pengetahuan seperti industri-industri, lembaga-lembaga peneIitian, rumah sakit dan sebagainya. Alat ini cukup sederhana, praktis dan memiliki tingkat ketelitian yang tinggi dibandingkan dengan metode-metode yang lain seperti gravimetric dan volumetri. Dilihat dari tingkat ketelitiannya, alat ini dapat disejajarkan dengan spektrofotometer penyerapan atom (AAS). Tingkat ketelitian yang tinggi ini disebabkan karena alat ini khusus dirancang untuk menganalisa unsur-unsur logam tertentu yang karakteristik, seperti logam-logam alkali dan alkali tanah (Na, K, Li, Ca,Bg, Ba). Didalam bidang oseanologi a1at ini dapat digunakan untuk menganalisis logam-logam alkali dan alkali tanah dalam air laut, sedimen, biota, mineral dan tumbuh-tumbuhan.



4.2.1



Prinsip Kerja Filter Fotometer Nyala



Prinsip kerja dari fotometer nyala adalah eksitasi atom. Oleh karena setiap atom memiliki konfigurasi electron yang berbeda, maka energi yang dibutuhkan oleh setiap atom untuk tereksitasi juga berbeda.. Besarnya energi yang di garap oleh atom-atom, yang kemudian dibebaskan kembali dalam bentuk pancaran (emisi) inilah yang merupakan prinsip kerja dari alat ini.Semua atom dapat menyerap energi (kalor), tetapi kalor ini disesuaikan dengan tingkat energy eksitasi, agar tidak terjadi ionisasi. Contoh atom Na, menyerap energi dari nyala sebesar 2,2 elektron volt, energi ini sesuai dengan energi eksitasi atom Na. Atom-atom lain tidak akan menyerap energi yang sama dengan atom Na.



4.2.2



Bagian – Bagian lain Filter Fotometer Nyala



1. Atomizer Udara pada tekanan tertentu (atm), masuk kedalam pebungkan kuvet oleh pipa kecil. Hisapan oleh udara menyebabkan larutan contoh terisap kedalam ruangan pengabut dalam bentuk kabut-kabut yang halus.



2. Mixing chamber



Kabut yang berasal dari atomizer masuk kedalam ruangan pencampur alat pemba- kar, disioi akan bertemu dengan gas pembakar yang masuk dengan tekanan tertentu. 3. Flame Campuran udara dengan gas pembakar, sehingga menghasilkan nyala dan kedalam nyala ini pula kabut halus dari larutan contoh menguap, Kalor nyala menyebabkan larutan contoh menguap, sehingga contoh berubah menjadi butir- butir kristal halus padat (garam). Molekul-molekul garam ini, (uap) selanjutnya akan terdisosiaisi menjadi atom-atom netral. Atom-atom netral ini akan menyerap energi kalor dari nyala, sehingga tereksitasi, dan kemudian memancarkan sinar pancaran yang terdiri dari berbagai panjang gelombang. 4. Reflector Sinar pancaran yang keluar dari nyala akan dipantulkan kembali ke nyala. 5. Optical Lensa Pancaran yang bersifat polikromatik akan difokuskan oleh lensa melalui suatu celah (diafragma). 6. Filter Filter akan meneruska cahaya sinar pancaran dengan panjang gelombang yang khas dan berintensitas tinggi dari unsur yang dianalisis dan akan menyerap sinar - sinar lain yang berasal dari nyala. 7. Photo tube Intensitas sinar pancaran tersebut oleh foto tube diubah menjadi arus listrik yang besarnya berbanding lurus dengan intensitas. sinar pancaran tersebut. 8. Amplifier Arus listrik yang berasal dari fototube, oleh amplifier akan diperkuat dan diteruskan ke recorder 9. Recorder Output dari Amplifier dicatat oieh recorder, yang skalanya terkalibrasi dalamsuatu intensitas.



Kurva Kalibrasi Standar (emisi) VS Konsentrasi Sumber : Journal Edward, 1992 Filter Fotometer Nyala dan Aplikasinya dalam Oseanologi hal : 59



2.3.



1.



Masalah Yang Ditemui Dalam Analisa Kuantitatif Secara Flame Fotometri



Radiasi dari unsur Jika terdapat garis spektrum yang berdekatan dengan garis spektrum logam yang



ditentukan sehingga memungkinkan terjadinya interferensi.



2.



Penambahan kation Dalam nyala tinggi, beberapa atom logam mungkin terionisasi, misalnya : Na ↔ Na + e



Ion tersebut mempunyai spektrum emisi tersendiri dengan frekuensi- frekuensi yang berbeda dari atomnya sehingga akan mengurangi tenaga radiasi dari emisi atomnya. 3.



Interferensi anion Pada percobaan ini dilakukan penentuan kadar logam natrium dan kalium dengan cara



pengukuran intensitas nyala masing-masing logam alkali tersebut. Karena intensitas nyala merupakan fungsi dari konsentrasi atau kadar unsur dalam sampel. 2.4.



Gangguan-Gangguan Dalam Fotometri Nyala



Cara intensitas langsung untuk analisa fotometri langsung akan memberikan hasil yang baik hanya apabila tidak ada gangguan – gangguan yang dapat mempengaruhi intensitas pancaran sedemikian rupa sehingga nilai intensitas yang dibaca akan lebih rendah atau lebih tinggi daripada nilai intensitas yang sesuai dengan konsentrasi unsur. Apabila terdapat gangguan-gangguan tersebut maka analisa tidak dilakukan secara intensitas langsung melainkan dengan salah satu cara dari kedua cara yang lain yaitu, cara penambahan standar atau dengan cara standar dalam. Gangguan-gangguan dalam fotometri sumber dan sifatnya dapat dibagi dalam beberapa golongan, antara lain : a.



Gangguan spektral Ialah gangguan yang disebabkan oleh spektrum unsur-unsur lain yang terdapat



bersama unsur yang dicari. Gangguan ini dijumpai terutama kalau dipakai filter untuk memperoleh



panjang



gelombang



yang



akan



diukur



intensitasnya.



Dengan



monokromator seperti prisma dsb. Gangguan ini akan berkurang .Contoh gangguan spektral ini misalnya : Pita jingga dari CaOH mengganggu pengamatan intensitas garis Na pada 590 mu gangguan ini sukar diatasi walaupun dengan monokromator bukan filter karena Sisitin Ca tumpang suh ( overlap) dengan panjang gelombang Na. Suatu keuntungan adalah bawa kebanyakan garis-garis spektrum yang berguna dalam fotometri nyala terdapat dalam daerah biru dan ultra lembayung, sedang kebanyakan pita spektrum molekul dan spektrum kontinu yang mengganggu terdapat didaerah hijau dan daerah merah spektrum tampak. Gangguan spektral jenis lain disebabkan karena garis unsur pengganggu berimpit dengan garis spektrum unsur yang akan diselidiki. Kedua garis spektrum dapat berimpit (overlap) sebagian saja atau keseluruhan. Intensitas yang dibaca adalah intensitas kedua-duanya, Cara mengatasi gangguan spektral ini dapat dengan memilih panjang gelombang pancaran lain dari unsur lain yang akan dianalisa jika tidak ada dilakukan pemisahan unsur yang dianalisa dari unsur pengganggu dengan pertolongan cara-cara pemisahan seperti ekstraksi pelarut, penukaran ion, pengendapan dll. Gangguan spektral jenis lain adalah intensitas pancaran latar belakang atau background . b. Gangguan karena variasi sifat-sifat fisik larutan Gangguan gangguan sifat fisik yang dimaksud antara lain adalah 1) Viskositas, ini mempengaruhi kecepatan larutan atau kabut larutan mencapai nyala. Semakin besar viskositas larutan semakin lambat larutan mencapai nyala, sehingga intensitas yang dibaca lebih kecil dari konsentrasi sebenaurnya. 2) Tekanan uap dan tegangan permukaan larutan, mempengaruhi ukuran tekanan kabut larutan. Terutama pada alat-alat filter fotometer nyala, dimana atomizer (pengabut)



tidak menjadi satu dengan pembakar. Tetesan tetesan kabut yang besar menyebabkan tetesan tetesan kabut tersebut mencapai nyala, sehingga intensitas yang dibaca lebih kecil daripada intensitas yang sesuai dengan konsentrasi yang dicari. 3) Garam-garam yang ditambahkan kedalam larutan yang akan dianalisa secara fotometri akan memperlambat penguapan pelarut yang akan mengurangi intensitaspancaran sehingga tidak sebanding lagi dengan konsentrasi unsur.



c.



Gangguan ionisasi Ionisai akan mengurangi jumlah-jumlah atom netral unsur yang dianalisa.



Akibatnya intensitas spektrum atom berkurang sehingga tidak sesuai lagi dengan konsentrasi logam. Gangguan ionisasi ini misalnya dapat terjadi kalau logam alkali dan alkali tanah dianalisa dengan nyala yang suhunya terlalu tinggi. d.



Gangguan karena absorbsi sendiri Sinar pancaran yang berasal dari atom-atom unsur yang dianalisa dapat diabsorbsi



kembali oleh atom-atom lain unsur yang sama yang ada dalam nyala, taetapi masih ada dalam keadaan belum tereksitasi. Dengan sendirinya gangguan ini akan menyebabkan intensitas yang yang dipancarkan oleh unsur tersebut, dan yang dibaca pada alat akan lebih rendah dengan yang sesuai dengan konsentrasi unsur ybs. Gejala absorbsi sendiri ini terutama nyata sekali kalu intensitas yang diukur intensitasnya adalah panjang gelombang yang sesuai dengan perpindahan elektron antara tingkat energi dasar ( ground state) dan tingkat energi tereksitasi pertama diatasnya. Gejala absorbsi sendiri ini dapat dihindari dengan menggunakan konsentrasi rendah. e. Gangguan dari anion-anion yang ada dalam larutan logam. Pada umumnya sinar dari emisi unsur-unsur akan lebih rendah apabila jumlah asam yang relatif tinggi gangguan anion ini tidak akan nyata bila kadarnya lebih rendah dari 0,1M diatas kepekatan tersebut asam sulfat, nitrat dan fosfat akan memberikan akibat pada penurunan sinar emisi logam. Gangguan–gangguan analisa fotometri secara intensitas langsung adalah segala gangguan atau hal dan peristiwa-peristiwa yang dapat mempengaruhi intensitas pancaran unsur yang kita analisa, sehingga nilai intensitas pancaran yang dihasilkan tersebut tidak lagi sesuai dengan unsur yang sebenarnya. Intensitas pancara logam akan turun (hingga tidak sesuai lagi dengan konsentrasinya) apabila tercampur dengan asam-asam HNO3, H2SO4, H3PO4 dan atau garam dari asam-asam tersebut dalam jumlah yang besar.



V. PROSEDUR KERJA 1. Selang gas LPG disambungkan ke tabung LPG 2. Dipastikan tidak ada kebocoran gas LPG 3. Alat dinyalakan dengan menkan tomobol MAIN ke atas. 4. Air compresor dinyalakan dengan menekan tombol COMP ke atas. 5. Tombol IGN ditekan dan ditahan,sambil memutar tombol IGNITION pelan-pelan ke arah kiri. 6. Prosedur nomor 5 dilakukan sambil melihat nyala api,jika nyala sudah ada,tombol GAS VALUE diputer kekiri kuran lebih 6x putaran. 7. Tombol IGNITION diputar pelan-pelan sampai api besar menyala. 8. Setelah api menyala,tombol IGNITION diputar kearah pkanan sampai batas minimal tidak bisa diputar lagi. 9. Nyala api diatur dengan memutar GAS VALUE.Nyala api yang bagus adalah nyala api yang berwarna biru tanpa ada warna kuning atau merah. 10. Blanko dimasukkan dan dipilih range 1 atau 2,jarum diatur ke penunjuk posisi 0 dengan memutar tombol O. 11. Standar 10 ppm dimasukkan ,jarum penunjuk diatur supaya menunjukkan angka 100 % denan memutar tombol 100 %. 12. Sampel dianalisis dan dicatat skala pembacaan.Dibandingkan dengan skala pembacaan standar 10 ppm,misalnya terbaca 13 %,artinya konsentrasi sampel adalah 1,3 ppm. 13. Setiap melakukan analisis 2 sample, melakukan analisis blanko 1x. 14. Setelah selesai,dilakukan analisis blanko selama 5 menit untuk membersihkan sisa sampel dalam alat. 15. Nyala api dimatikan dengan memutar tombol GAS VALUE kekana sampai full. 16. Setelah api mati, air compressor dimatikan dengan menekan tombol COMP,kemudian alat dimatikan dengan menekan MAIN. 17. Sambungan LPG dilepas.



VIII. ANALISA PERCOBAAN



Percobaan kali ini bertujuan untuk mempelajari prinsip kerja fotometer nyala dan menentukan konsentrasi larutan sampel dengan menggunakan fotometer nyala yang mengandung kalium. Metode ini digunakan untuk menentukan kadar suatu logam dalam suatu sampel yang didasarkan pada emisi (pancaran) sinar monokromatis pada panjang gelombang tertentu dalam keadaaan berpijar atau nyala. Larutan standar yang digunakan pada percobaan ini adalah larutan kalium. Mula-mula kami melakukan pengenceran larutan kalium dari 1000 ppm menjadi 100 ppm dan selanjutnya di encerkan lagi menjadi 10 ppm. Larutan Kalium ini digunakan sebagai pembacaan standar. Selanjutnya melakukan pembacaan pada sampel-sampel tersebut untuk menentukan kosentrasinya. Dapat diamati bahwa pada saat pembacaan sampel yang diukur nyalanya bewarna ungu yang mengindikasikan terdapat kalium didalamnya. Pada fotometer nyala ini dapat diketahui bahwa sebagian besar unsur akan tereksitasi dalam suatu nyala pada suhu tertentu serta memancarkan emisi radiasi untuk panjang gelombang tertentu. Eksitasi terjadi bila elektron dari atom netral keluar dari orbitalnya ke orbitas yang lebih tinggi. Dan bila terjadi eksitasi atom, in molekul akan kembali ke orbital semula dan akan memancarka cahaya pada panjang gelombang tertentu. Dari hasil percobaan dapat diketahui bahwa semakin besar kosentrasi unsur kalium maka semakin besar emisi sinar yang dihasilkan. Kesalahan tersebut terjadi karena pada pengukuran fotometri nyala initerdapat gangguan-gangguan yang mempengaruhi hasil yang didapatkan sepertigangguan spektral karena adanya unsur lain yang terdapat bersama dengan unsur yang dianalisa, gangguan yang berasal dari sifat fisik unsur yang dianalisa yang berupa sifat viskositas, gangguan ionisasi, gangguan karena adanya penyerapansendiri dan gangguan karena adanya anion-anion yang di dalam larutan unsur logam tersebut Dari Praktikum didapatkan persen kesalahan untuk sampel 1 ppm, 3 ppm, 5 ppm sebesar 50 %, 50 %, dan 52 %



IX.



KESIMPULAN Dari percobaan didapat kesimpulan bahwa :  Pembacaan konsentrasi K 1 ppm adalah 0,5 ppm dengan persen kesalahan sebesar 50 %.  Pembacaan konsentrasi K 3 ppm adalah 1 ppm dengan persen kesalahan sebesar 50 %.  Pembacaan konsentrasi K 5 ppm adalah 2,4 ppm dengan persen kesalahan sebesar 52 %.



DAFTAR PUSTAKA



Jobsheet.2014.Penuntun Praktikum Kimia Analtik Instrumen Politeknik Negeri Sriwijaya. Palembang Journal Edward, 1992 Filter Fotometer Nyala dan Aplikasinya dalam Oseanologi hal : 59 a a



a-



a



ee- aa



diakses tanggal 1 April



2014 Vogel,1991.Kimia Analisis Kuantitatif Organik Alih Bahasa : A. Hadyana P. dan L. Soetiono Penerbit Buku Kedokteran EGC : Jakarta