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