Fotometer Nyala

I.       TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan dapat :

1. Menggunakan alat spektrofotometer nyala;

2. Menganalisis cuplikan secara 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

4.      Gelas Kimia 250 mL

5.      Labu Takar 100 mL

6.      Pipet Volum 1 mL dan 5 mL

7.      Botol semprot

Bahan yang digunakan :

1.      Larutan standar Na dan K

2.      Sampel yang mengandung Na dan K

3.      Aquadest

III. DASAR TEORI

Sebuah fotometer nyala adalah alat yang digunakan dalam analisis kimia anorganik untuk menentukan konsentrasi ion logam tertentu, di antaranya natrium, kalium, lithium, dan kalsium.

Fotometri nyala adalah suatu metoda analisa yang berdasarkan pada  pengukuran besaran emisi sinar monokromatis spesifik pada panjang gelombang tertentu yang di pancarkan oleh suatu logam alkali atau alkali tanah pada saat berpijar dalam keadaan nyala dimana besaran ini merupakan fungsi dari konsentrasi dari komponen logam tersebut.

Misalkan logam natrium menghasilkan pijaran warna kuning, kalium memancarkan warna ungu seadngkan litium memancarkan sinar merah bila dibakar dalam nyala. Hal inila telah dimanfaatkan untuk maksud identifikasi unsur alkali tersebut.

Besaran intensitas sinar pancaran ini ternyata sebanding dengan tingkat kandungan unsur dalam larutan, sehingga metoda flame fotometer digunakan untuk tujuan kuantitatif dengan mengukur intensitasnya secara relatif. Metoda ini menggunakan foto sel sebagai detektornya dan pada kondisi yang sama digunakan gas propana atau elpiji sebagai pembakarnya untuk membebaskan air sehingga yang tersisa hanyalah kandungan logam.

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.

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 :

 E emisi = E eksitasi – E dasar

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.

Flame fotometer dibedakan atas dua yaitu :

•Filter flame fotometer

Hanya terbatas untuk analisa unsur Na,K dan Li

•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.

Gangguan-gangguan dalam fotometri menurut sumber dan filtratnya:

1. Gangguan Spectral

Yaitu gangguan yang di sebabkan oleh unsur-unsur lain yang terdapat bersama dengan unsur yang akan dianalisa. Gangguan ini disebabkan karena penggunaan filter untuk memilihλ yang akan diukur intensitasnya.

Misalnya :   Spektrum pita dari Ca(OH)2 akan mengganggu pancaran sinar Na pada panjang gelombang 550 nm. Gangguan tersebut dapat dihilangkan dengan mempertinggi pemisahan cahaya atau mengatur band width.

2. Gangguan dari sifat fisik larutan

Variasi sifat fisik dari larutan dapat memperkecil atau membesar intensitas sinar yang akan dianalisa, sehingga intensitas yang terbaca tidak sesuai dengan konsentrasi yang akan dianalisa, seperti :

·        Viskositas

Makin besar visikositas dari suatu larutan yang dianalisa, makin lambat larutan tersebut mencapai nyala. Sehingga intensitas pancaran pada alat akan semakin kecil dan tidak sesuai dengan konsentrasi unsur yang kita analisa.

·        Tekanan uap dan permukaan larutan

Sifat ini akan mempengaruhi ukuran besar kabut. Kabut dengan ukuran besar akan sedikit mecapai nyala, sehingga intensitas yang terbaca pada alat akan lebih kecil dari nilai yang sebenarnya.

3. Gangguan ionisasi

Gangguan ini disebabkan karena menggunakan suhu nyala yang lebih tinggi. Logam alkali dan alkali tanah yang mudah terionisasi, akibat dari adanya ionisasi akan mengurangi jumlah atom netral. Akibatnya intensitas dari spektrum atom akan berkurang dan tidak sesuai dengan konsentrasi yang akan kita amati.

Nyala yang dihasilkan dari campuran oksigen dan gas akan mempunyai energi yang dapat mengionisasi logam alkali dan alkali tanah hal ini menggakibatkan terjadinya penurunan jumlah atom yang akan diekstraksi. Adanya atom yang lebih mudah terionisasi akan memberikan sejumlah elektron kedalam nyala sehingga akan mendesak ion menjadi atom.

4. 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.

Beberapa masalah yang ditemui dalam analisa kuantitatif secara flame fotometri :

a. Radiasi dari unsur

Jika terdapat garis spektrum yang berdekatan dengan garis spektrum logam yang ditentukan sehingga memungkinkan terjadinya interferensi.

b. 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.

c. 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.

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 terdapt 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 karena 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 sebenarnya.

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 ditanmbahkan 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 ionisai 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

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.

f) Gangguan dari anion

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.

FOTOMETRI NYALA DENGAN CARA STANDAR DALAM DAN DENGAN CARA PENAMBAHAN STANDAR

Beberapa point yang harus diperhatikan pada cara standar dalam :

1.      Cuplikan unsur yang dianalisa ,maupun kepada larutan standar unsur tersebut ditambahkan jumlah yang sama dari unsur standar dalam.

2.      Unsur standar dalam itu disemprotkan dan diexitasi di dalam nyala

3.      Ditetapkan juga intensitas background pada panjang gelombang yang dipakai

4.      Alurkan grafik log (Ix-Hx)/(Is-Hs)terhadap log konsentrasi larutan standar

5.      Kurva tersebut sebagai kurva kalibrasi yang digunakan mencari konsentrasi lar.X

6.      Larutan X tersebut disemprotkan pada nyala,lalu ditentukan Ix pada panjang gelombangnya.

7.      Dari data no 6.tentukan Log (Ix-Hx)/(Is-Hs)untuk lar X.

Beberapa catatan mengenai cara standar dalam tersebut:

1. Dengan cara ini dapat mengurangi pengaruh dari gangguan:

a.Perbedaan kecepatan penyemprotan

b.Perubahan dalam tetesan

c. perbedaan viskositas

d.perubahan dalam tekanan gas

2. Pemilihan unsur standar dalam S harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

a. Energi exitasi SdanX harus sama
b. Potensial ionisasi unsur S dan X harus sama

Jika di dalam sistem ada anion-anion pengganggu maka senyawa padat dalam nyala tidak seluruhnya menguap atau terjadi sedikit kelambatan pada posisi kesetimbangannya:

AX (s) =AX (g)

AX (g) =A0(g) x X0(g)

Kelambatan dalam penguapan AX(s)tersebut disebabkan karena pada umumnya garam-garam Nitrat ,sulfat,fosfat(=AX) memiliki titik lebur dan didih yang tinggi,sehingga tidak menguap secara sempurna. Dan konsentrasinya lebih kecil dari pada konsentrasi dalam cuplikan.

Ada beberapa cara untuk mengatasi gangguan ini:

1.   Dipakai nyala dengan suhu lebih tinggi

2.   Ditambahkan zat pembebas .Zat ini akan mengikat anion pengganggu tsb.

3.  Dilakukan penopengan (masking)dari unsur logam yang dianalisa.kepada larutan logam A ditambahkan zat pengomplex yang akan mengikat logam A menjadi komplex yang stabil, sehingga anion-anion pengganggu tsb tak dapat bereaksi dengan logam A tsb.

Cara ini hampir mirip dengan cara sebelumnya namun hanya yang diikat logamnya bukan anion pengganggunya namun pada prinsipnya sama.

CARA PENAMBAHAN STANDAR (CARA ADISI STANDAR; “STANDARD ADDITION METHOD’)

Cara Adisi Standar ini sering juga dilakukan berbagai suatu cara penetapan fotometri

nyala. Prinsip cara ini adalah sebagai berikut :

1. Mula –mula dibuat kurva standar (kurva kalibrasi) yang menyatakan hubungan antara konsentrasi- konsentrasi larutan standar unsur X dengan intensitas pancaran X setelah dikurangi pancaran background. Kurva kalibrasi merupakan gris lurus di antara batas- batas konsentrasi yang dipakai.

2.  Lakukan pembacaan intensitas pancaran unsur X dalam volume tertentu larutan cuplikan unsur X yang tidak diketahui konsentrasinya (larutan A).

3.  Lakukan pembacaan intensitas pancaran unsur X dan larutan B yang mengandung jumlah larutan cuplikan X yang sama ditambah volume tertentu larutan standar unsur X (penambahan standar).

4.  Kalau intensitas pancaran unsur X dalam larutan A disebut L1 dan di dalam larutan B disebut L2, maka setelah dikoreksi terhadap background H, didapat untuk larutan A: (L1- H)A dan untuk larutan B: (L2-H)B sebagai intensitas pancaran unsur X yang telah dikoreksi dalam larutan A dan Larutan B tersebut.

5. Kadar unsur X dalam larutan A dan dalam larutan B dapat dicari dengan menggunakan kurva kalibrasi, berdasarkan nilai- nilai (L1- H)A dan (L2-H)B tersebut. Maka: (Kadar unsur X dalam larutan B) – (Kadar unsur X dalam larutan A) = (kadar unsur X yang ditambahkan) Kalau tidak ada pengurangan atau penambahan intensitas pancaran yang disebabkan oleh gangguan.

6.  Kalau ada penurunan atau penambahn intensitas yang disebabkan oleh adanya gangguan- gangguan, maka selisih konsentrasi (kadar) pada No. 5 di atas akan kurang atau lebih daripada kadar unsur X yang ditambahkan (dalam standar).

I.       PROSEDUR KERJA

1.      Menyambungkan selang gas LPG ke tabung LPG

2.      Memastikan tidak ada kebocoran gas LPG

3.      Menyalakan alat dengan menekan tombol MAIN ke atas

4.      Menyalakan air compressor dengan menekan tombol COMP ke atas

5.      Menekan tombol IGN dan menahannya, sambil memutar tombol IGNITION pelan-pelan kearah kiri.

6.      Melihat nyala api pada pada prosedur 5, jika nyala api sudah ada, memutar tombol GAS VALUE ke kiri kurang lebih 6x putaran.

7.      Memutar tombol IGNITION pelan-pelan sampai api besar menyala.

8.      Memutar tombol IGNITION ke kanan sampai batas minimal tidak bisa diputar lagi, setelah api besar menyala.

9.      Mengatur nyala api dengan mengatur/memutar-mutar GAS VALUE. Nyala yang bagus adalah nyala biru tanpa ada warna kuning atau merah.

10.  Memasukkan Blanko, memilih range 1, 2 atau 3, mengatur jarum penunjuk keposisi 0 dengan memutar tombol 0.

11.  Memasukkan standar ppm, mengatur jarum penunjuk supaya menunjukkan angka 100% dengan memutar tombol 100 %

12.  Menganalisis sampel dan mencatat skala pembacaan, membandingkan dengan skala pembacaan standar 10ppm, misalnya terbaca 13% artinya konsentrasi sampel adalah 1,3 ppm

13.  Mengusahakan melakukan analisis blanko 1x setiap melakukan analisis 2 sampel.

14.  Mengulangi langkah no.11 setelah melakukan analisis sampel sebanyak 10 atau 15.

15.  Melakukan analisis blanko selama 5 menit untuk membersihkan sisa-sisa sampel dalam alat setelah selesai melakukan analisis sampel.

16.  Mematikan nyala api dengan memutar tombol GAS VALUE ke kanan sampai full.

17.  Mematikan air compressor dengan menekan tombol COMP, kemudian mematikan alat dengan menekan MAIN setelah api mati.

18.  Melepaskan sambungan KPG.

Catatan :

-          Larutan yang akan dianalisis harus tidak mengandung endapan, jika ada endapan melakukan penyaringan terlebih dahulu.

-          Jika pembacaan sampel melebihi skala % (melebihi 100%) melakukan pengenceran sampel sampai pembacaan dibawah 100%.

SUMBER PUSTAKA

___________, Instruction Manual Book Flame Photometer

Jobsheet. Petunjuk Praktikum Kimia Analitik Instrument. Politeknik Negeri Sriwijaya. Palembang. 2012