PENCEMBANCAN METODE ANALISIS MENCCUNAKAN" ALAT ICP AES PLASMA 40 UNTUK PENENTUAN UNSUR AS DAN Sb

Transkripsi

1 SSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 PENCEMBANCAN METODE ANALSS MENCCUNAKAN" ALAT CP AES PLASMA 40 UNTUK PENENTUAN UNSUR AS DAN Sb Arif Nugroho, Hendro Wahyono, S. Fatimah Abstrak PENGEMBANGAN METODE ANALSiS ivienggui-.jakan ALA T CP AES PLASMA 40 DENGAN MENGALRKAN GAS N2 TELAH DLAKUKAN UNTUK PENENTUAN UNSUR As DAN Sb. Pengembangan metode ini digunakan untuk menganalisa unsur yang mempunyai panjang gelombang sekitar 200 nm atau lebih kecil dari 200 nm. Aliran gas N2 digunakan untuk menghilangkan pengaruh udara yang ada didalam sistem optik. Pada penelitian ini dibuat variasi tekanan aliran gas N2 digunakan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang baik dan diduga dengan besarnya tekanan aliran gas N2 akan mempengaruhi kinerja alat khususnya pada system optiknya. Tahapan pengujian meliputi konfirmasi identitas, limit deteksi, standar linieritas, presisi dengan uji ripitabilitas dan akurasi dengan pengukuran bahan standar yang memiliki konsentrasi pada daerah linier. Konfjrmasi identitas dilakukan untuk mendapatkan bentuk spektrum yang baik dan ketepatan pengukuran pad a panjang gelombangnya. Limit deteksi dihitung dengan cara melakukan pengukuran intensitas setiap unsur sebanyak 7 (tujuh) kali dalam larutan blangko. Linieritas standard dilakukan dengan cara mengukur intensitas larutan standard untuk setiap konsentrasi yang berbeda. Ripitabilitas dilakukan dengan cara melakukan pengukuran ulang terhadap salah satu standar selanjutnya dihitung nilai chi square pada tingkat kepercayaan yang digunakan. Hasil penelitian yang baik diperoleh pada aliran gas N2 dengan tekanan 20 psi pada panjang gelombang untuk: As pada A 193,759 nm, Sb pada A 206,833 nm. Limit deteksi unsur As 1,2844 ppm, untuk unsur Sb 1,0785 ppm. Linieritas standar unsur As diperoleh mulai dari konsentrasi untuk unsur Sb mulai dari konsentrasi 1,2844 ppm, sedangkan 1,0785 ppm. Ripitabilitas untuk setiap unsur As dan Sb masuk dalam range tingkat kepercayaan 95%, hal ini didasarkan pada keberterimaan nilai chi square yang diperoleh. Sedangkan akurasi untuk As sebesar 97,81 % dan unsur Sb sebesar 96,49 %. Dengan hasil analisis yang diperoleh dapat dinyatakan bahwa adanya pengaliran gas N2 pada sistem optik dapat menaikkan kinerja alat, hal ini dapat ditunjukkan dengan perolehan limit deteksi yang lebih kecil dibanding tanpa gas N2. Pengembangan metode analisis ini valid untuk konsentrasi diatas 1 ppm. PENDAHULUAN nt;judlvely COUplA Plasma - Atomic Emission Spectrometry (CP AES) Plasma 40 merupakan alat untuk analisa unsur-unsur logam dalam suatu bahi:m. Bahan yang akan dianalisa harus berwujud larutan yang homogen. Ada sekitar 80 unsur yang dapat dianalisa dengan menggunakan alat ini. Kelebihan alat ini adalah sangat selektif dan dapat digunakan untuk mengukur beberapa unsur sekaligus dalam setiap pengukuran[1], tetapi dengan semakin banyak permintaan pengukuran ternyata alat ini mempunyai kelemahan yaitu kurang sensitif terhadap pengukuran unsur yang mempunyai panjang gelombang dibawah 200 nm. Keterbatasan pengukuran tersebut ditunjukkan dengan nilai limit deteksi yang diperoleh. Pad a penelitian sebelumnya tanpa menggunakan asupan gas N2 diperoleh limit deteksi 2,4370 ppm untuk As dan 3,8625 ppm untuk unsur Sb. Sehingga untuk ii1e~gukur konsentrasi sampel yang lebih rendah tidak bisa,- 201

2 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 SSN dilakukan. Menurut petunjuk pengoperasian alat CP AES Plasma 40 dan Annual Book of ASTM Standards[2] ada cara untuk mengatasi hambatan ini antara lain dengan cara pengaliran gas N2 pada sistem optik. Gas N2 digunakan untuk mengurangi kelembaban dan menghilangkan pengaruh udara atmosfir di sistem optik sehingga diharapkan dapat meningkatkan sensitivitas sinar yang dihasilkan dari unsur yang mempunyai panjang gelombang dibawah 200 nm (dekat daerah Ultra Violet) dapat dideteksi dengan baik[3] dan menurunkan limit deteksi pengukuran. Pada penelitian ini akan dipelajari pengembangan metode analisis menggunakan alat CP AES Plasma 40 dengan mengalirkan gas N2 pada system optik, pengujian yang dilakukan meliputi: konfirmasi identitas, limit deteksi, linieritas standar, presisi dan akurasi dengan pengukuran bahan standar yang memiliki konsentrasi pada daerah linie~4]. Pengujian-pengujian diatas perlu dilakukan selain dapat meningkatkan unjuk kerja alat dan kualitas personil juga dapat meningkatkan kepercayaan terhadap hasil pengukuran. Prinsip Kerja alat CP AES Plasma 40 Prinsip umum pad a pengukuran ini adalah mengukur intensitas energi/radiasi yang dipancarkan oleh unsur-unsur yang mengalami perubahan tingkat energi atom (eksitasi atau ionisasi) [1]. Larutan sampel dihisap dan dialirkan melalui capilarry tube ke Nebulizer. Nebulizer merubah larutan sampel kebentuk aerosol yang kemudian diinjeksikan oleh CP. Pada temperatur plasma, sampel-sampel akan teratomisasi dan tereksitasi. Atom yang tereksitasi akan kembali ke keadaan awal (ground state) sambil memancarkan sinar radiasi. Sinar radiasi ini didispersi oleh komponen optik. Sinar yang terdispersi, secara berurutan ry1uncul pad a masing-masing panjang gelombang unsur dan dirubah dalam bentuk sinyal listrik yang besarnya sebanding dengan sinar yang dipancarkan oleh besarnya konsentrasi unsur. Sinyal listrik ini kemudian diproses oleh sistem pengolah data [3J. Metodelogi A.Bahan Kegiatan Pada penelitian ini digunakan bahanbahan antara lain: larutan standar As, Sb bersertifikat (produksi SPEX), gas Ar HP, gas N2HP, HN03dan B. Peralatan aquadest. Alat yang digunakan adalah CP AES Plasma 40 dengan merk Perkin Elmer dan beberapa peralatan gelas untuk melakukan preparasi. C. Tahapan Kerja 1. Persiapan sam pel Dibuat larutan standar As dan Sb pad a berbagai konsentrasi dengan cara mengencer~ar1 larutan standar induk As dan Sb menggunakan larutan HN03 1,5 %. sebagai blangko dipakai larutan HN03 1,5 %. 2. Pelaksanaan Penelitian - Sebelum dilakukan pengukuran terhadap larutan standar maka perlu menyiapkan kondisi operasi eksternal diantaranya suhu ruangan berkisar antara DC dan exhaust ruangan berfungsi dengan baik. Pengembangan metode analisis dilakukan dengan melakukan pengukuran larutan standar As dan Sb pada berbagai konsentrasi dengan tekanan aliran gas N2 yang berbeda yaitu 5, 10 dan 20 psi. Pengujian untuk setiap tekanan aliran gas N2 meliputi: konfirmasi identitas, limit deteksi, linieritas standar, presisi dan akurasi dengan pengukuran bahan standar yano memiliki konsentrasi pad a daerah linier. Konfirmasi identitas dilakukan dengan melakukan pengukuran sample standar pada konsentrasi optimum berdasm buku petunjuk alat, limit deteksi dan linieritas standar dilakukan. dengan 202

3 SSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 Tabel 1. Hubungan melakukan pengukuran sam pel blangko dan standar pad a berbagai macam konsentrasi masing-masing sebanyak 7 (tujuh) kali pengulangan, selanjutnya besaran presisi dan akurasi diperoleh dari pengukuran sampel standar yang memiliki konsentrasi pada daerah linier sebanyak 7 (tujuh) kali pengukuran dan dihitung nilai chi square pada tingkat kepercayaan 95 %. tekanan dengan nilai limit deteksi dan koefisien linier regresi 1,7091 1,5623 1,2844 0,9941 0,9955 0,9952 0,9998 0,9925 As Sb 0,9843 2,6317 1,4573 1,0785 Limit (ppm) regresi deteksi Koefisien (R2) linier - Presisi dan akurasi Presisi pengukuran ditunjukkan dengan melakukan uji ripitabilitas. Ripitabilitas pengukuran dilakukan dengan mengukur sample standar yang memiliki konsentrasi pada daerah linier. Untuk mengetahui keberterimaan dari hasil yang diperoleh maka dilakukan uji chi square (X2 ), yang dihitung dengan menggunakan rumus: X 2 = L( Xi -X rt) 2/ Xrt (2) Pad a umumnya derajat kepercayaan yang diambil untuk pengukuran secara spektrometri sebesar 95 % [4]. Pada tabel chi square untuk harga df 6 dan derajat kepercayaan 95 % diperoleh nilai 12,6 [5]. Syarat keberterimaan berdasarkan chi square adalah nilai X2 pengukuran lebih kecil atau sama dengan nilai yang diperoleh pad a tabel chi square. Tabel 2. nilai chi square dan akurasi Tekanan 0, ,55 96,49 89,40 Sb 4,4485 As 1, ,81 93,20 96,69 1,2756 2,3751 Sb 1,4921 Nilai As chi Akurasi square (%) (psi) gas N2 5 Dari Tabel 1 terlihat bahwa dengan semakin besar tekanan gas N2 yang digunakan diperoleh nilai limit deteksi pengukuran yang semakin kecil, hal ini dapat dikatakan bahwa gas N2 berfungsi menghilangkan pengaruh udara atmosfir dilingkungan sistem optik sehingga sinar yang dihasilkan dapat ditangkap lebih jelas oleh optik. Fenomena ini men unjukkan bahwa adanya gas N2 dapat memperbesar ketajaman pengukuran dan meningkatkan sensitifitas pengukuran. Standar linieritas ditentukan dari pengukuran sam pel unsur untuk tiap konsentrasi yang berbeda, dimana pengukuran dilakukan pada konsentrasi rendah (± 0,2 ppm) sampai dengan konsentrasi yang tinggi (± 100 ppm). Konsentrasi tertinggi dibatasi sampai dengan 100 ppm dikarenakan untuk menghindari kejenuhan selang pipa masukan pada alat. Pad a Tabel 1 terlihat bahwa koefisien regresi dari persamaan linier sekitar 0,9843 hingga 0,9998. Dari pustaka diperoleh bahwa bila mana nilai koefisien regresi yang diperoleh lebih besar dari 0,98, hal tersebut menunjukkan ketepatan persamaan linier terhadap data ukur cukup baik [5J. Pada Tabel 2 terlihat bahwa nilai chi squre ada dibawah nilai chi square tabel sehingga dikatakan bahwa hasil yang diperoleh dapat diterima. Akurasi dilakukan dengan mengukur sample standar yang memiliki konsentrasi pada daerah linier, selanjutnya dibandingkan dengan nilai sertifikat. Pada Tabel 2 terlihat bahwa pada tekanan gas N2 20 psi diperoleh nilai akurasi yang tinggi. Nilai akurasi yang tinggi menggambarkan HASL DAN PEMBAHASAN bahwa ketepatan pengukuran. Konfirmasi dentitas Pengukuran sample standar As dan Sb dilakukan pada konsentrasi 100 ppm (sesuai dengan buku petunjuk alat CP AES Plasma 40) pada ;'=193,759 nm dan untuk As ;'=206,833 nm untuk Sb. Pengukuran ini bertujuan untuk mencari kondisi optimum pengukuran. Pengukuran pada panjang gelombang dan setting latar yang tepat dapat memberikan hasil spektrum yang berbentuk 203

4 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 SSN lancip dan mempunyai koreksi latar yang kecil, sehingga diperoleh hasil pengukuran yang sebenarnya. Gambar spektrum As dan Sb dapat dilihat pada Gambar 1 dan 2. Limit deteksi Gambar 1. Spektrum As Gambar 2. Spektrum Sb dan linieritas standar Limit deteksi (lod) diperoleh dengan mengukur intensitas blangko sebanyak 7 (tujuh) kali, selanjutnya dikonversi kepersamaan kurva kalibrasi yang merupakan hubungan antara konsentrasi dan intensitas. Hasil konsentrasi blangko sebanyak 7 data dihitung konsentrasi rata-rata (Xrt) dan standar deviasinya (SO). Untuk mengetahui nilai limit deteksi dihitung dengan menggunakan rumus [4]: lod= Xrt +(3xSD) (1) Standar linieritas dilakukan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang benar, linieritas dilakukan dengan mengukur intensitas standar pada setiap konsentrasi yang berbeda. Hasil linieritas yang baik ditunjukkan dengan nilai koefisien linier regresi yang mendekati 100 % atau 1. Hasil limit deteksi dan linieritas standar untuk setiap pengukuran As dan Sb pad a variasi tekanan dapat dilihat pada Tabel1. KESMPULAN Hasil pengembangan metode analisis menggunakan alat CP AES Plasma 40 untuk penentuan unsur As dan Sb diperoleh hasil yang baik pada aliran gas Nz dengan tekanan 20 psi dengan panjang gelombang untuk: As pad a 1\ 193,759 nm, Sb pada 1\ 206,833 nm. Limit deteksi unsur As 1,2844 ppm, untuk unsur Sb 1,0785 ppm. Standard linieritas unsur As diperoleh mulai dari konsentrasi 1,2844 ppm, untuk unsur Sb mulai dari konsentrasi 1,0785 ppm. Ripitabilitas untuk setiap unsur As dan Sb masuk dalam range tingkat kepercayaan 95%, hal ini didasarkan pada keberterimaan nilai chi square yang diperoleh. Sedangkan akurasi untuk As sebesar 97,81 % dan unsur Sb sebesar 96,49 %. Adanya pengaliran gas Nz pada sistem optik dapat menaikkan kinerja alat, hal ini dapat ditunjukkan dengan perolehan limit deteksi yang lebih kecil dibanding tanpa gas Nz. Sehingga dapat dikatakan bahwa pengembangan metode analisis ini valid untuk konsentrasi diatas 1 ppm. DAFTAR PUSTAKA 1. MANUAL CP AES, PHilLPS PV 8030, Netherland, ANNUAL BOOK of ASTM STANDARDS, Optical Emission Spectrometric Analysis of Alumunium and Aluminium Alloy by The Point To The Plane Technique, Volume ST AMN, "Spektrometri Emisi", Pelatihan dan Keahlian Analisis Kimia Bahan Nuklir secara Spektrometri, PUSDKLAT BATAN, Serpong, YULA KANTASUBRATA, "Validasi Metod~", Ketidakpastian Pengukuran Hasil Uji laboratorium, PUSDKLAT BAT AN, Serpong, ROBERT L. ANDERSON,"Practical Statistics for Analytical Chemists" Van No"Strand Reinhold Company,New York,

5 SSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 LAMPRAN Tabel 3. Data analisa unsur As pada tekanan gas N2 5 psi Sample127; -20;-11 Akurasi Nilai LaD Y 124; = 2,7644 = chi 118; ;-14;-7;-18;-15;-21 1,7091 = square 114; 93,20 x -125; 4,8250 = % ntensitas, 0, ; ,1429 keteranganrata-rata y -14, ,2857-4, , ,2857-7, , R2 = 0,9843 (50,0000) Tabel 4. Data analisa unsur As pada tekanan gas N2 10 psi 40,0000 M..: Sample156; i -20;-8;-17;-14;-15;-13;-20 Akurasi LaD Nilai Y = 2,7869 = chi 1,5623 = square 96,69 x - 6,9455 ntensitas, = %.~ 4, , ,8571-4,2857 yketerangan -14,1429-7,7143 rata-rata, 153, ; 140; 173;173; 139; , , ,2857 R2 = 0, , (60,0000) 205

6 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 SSN Tabel 5. Data analisa unsur As pada tekanan gas N2 20 psi Sample358;372;424;411-17;-26;-26;-34;-25;-22;-18 Nilai Akurasi Y LaD = 8,4576 chi = 1,2844 = square 97,81 ;392;421 x - ntensitas, 17,6299 = % 1, yketerangan -10, , ,8571-7,4286 rata-rata R2 = 0,9998 5,0000 ; , , , , , ,5714 (50,0000) Tabel 6. Data analisa unsur Sb pada tekanan gas N2 5 psi Sample279;274;267;304;276;241 Akurasi Ni!ai LaD Y -15;-8;-18;-18;-3;-23;-18 = 5,0063 = chi 2,6317 = square 89,40 x - 7,2705 ntensitas, = % 1, ,7143 ;268" 272,7143 yketerangan -13, ,8571-2, , , ,5714-7, ,8571 rata-rata 4,2857 R2 = 0,9952 (50,2000) 206

7 SSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 Tabel 7. Data analisa unsur Sb pada tekanan gas Nz 10 psi Nilai LaD Akurasi Sample 292,256,240,265,244,302,283 Y = chi -8;-15;-16;-5;-12;-15;-8 5,3058 1,4573 square = 96,49 x -= 6,0899 2,3751 % ntensitas, -11, , keterangan y rata-rata -6,1429 5, , , , , ,1429 RZ = 0,9955 _ (592?'QQ.QL. Tabe! 8. Data analisa unsur Sb pada tekanan gas Nz 20 psi Sample Uji (30,1200) 994, Akurasi Nilai -27;3;-18;-3;-4;-5;-7 339; 1123,1429 Y LaD = chi 327; 12, = square 1, , ;393; x= %- 1,2756 8, ;365; ntensitas, 346, keteranganrata-rata y 154, , , , , ,1429-6,4286-4,7143 RZ = 0,