The future of Intelligent spectrometer in speciation by Atomic Emission Spectrometry

The future of Intelligent spectrometer in speciation by Atomic Emission SpectrometryOLEH

MUSTIKANANURHAIDA

PendahuluanAnalisis kimia meliputi analisis kualitatif, kuantitatif dan spesiasi.Dalam menganalisis suatu sampel setiap analis menginginkan alat yang memiliki karakter :Dapat mengukur semua jenis sampelBebas dari segala jenis efek matrikskepastian yang absolutTeknik harus ekonomis, cepat, handal, mudah dioperasikan, dan membutuhkan sampel yang sedikit dan tidak mengalami kerusakan.

Atomic Emission Spectroscopy (AES)Prinsip:analisis atom dari suatu unsur berdasarkan spektrum emisi yang pancarkan ketika elektron dalam keadaan tereksitasi kembali ke keadaan dasar

Skema dasar alat AES

Skema kerja AES

Macam-macam AES Berdasarkan excitation source (sumber eksitasi atau atomisasi)

FlameArc and sparkPlasma

FlameFlame merupakan sumber eksitasi atau atomisasi yang pertama kali digunakan. Suhu yang dihasilkannya rendah (sekitar 1800-3000 oC) tergantung jenis bahan bakar dan oksidant yang digunakan.kelebihan menggunakan flame :1. murah2. simpel3. nyalanya stabil

Biasa digunakan untuk Analisis logam Alkali.

Nyala yang biasa dipakaiFUELOKSIDANTTEMPERATURH2Air2000 - 2100 oCC2H2Air2100 - 2400 oCH2O22600 2700 oCC2H2N2O2600 2800 oCArk and SparkBiasa digunakan untuk analisis padatan dan analisa rutin. Sampel yang digunakan mengandung banyak unsur.

sumber eksitasi /atomisasinya berasal dari arus listrik yang mengalir diantara dua elektroda Grafit.

Plasma1. Inductivly coupled plasma 2.Direct Current (DC) Plasma

Selain itu, plasma juga bisa dlm bentuk3. Microwave induced plasma (MIP)4. Alternating Current Plasma (ACP)5. Capacity current plasma (CCP)Jenis-jenis detektor dalam AES Ada 3(tiga) tipe dasar dari sistem detector :Photomultiplier tubes (PMT)Photo diode Arrays (PDA)Charge transfer detectorCharge coupled devises (CCD) multichannel Charge injection devices (CID) array detector

Teknik spektroskopi plasma ideal sebagai alat analisa kandungan unsur dan kuantitasnya tetapi tidak memberi informasi tentang spesiasiKromatografi pemisahan spesiasi kimia dalam waktu yang cepat, tetapi skema deteksinya memberikan informasi yang terbatas.analisa spesiasi menggabungkan teknik kromatografi dengan detektor yang spesifik. Mis : GC-ICP-MS, HPLC-ICP-AESkromatografi gas-ICP utk penentuan selektif unsur dari sebagian besar logam, H, C, dan nonlogam tertentu, tetapi tidak mampu mengamati transisi resonansi dari unsur N, O, Cl, Br, S.

Modifikasi alat dalam analisa spesiasi kromatografi gas-ICP utk penentuan selektif unsur dari sebagian besar logam, H, C, dan nonlogam tertentu, tetapi tidak mampu mengamati transisi resonansi dari unsur N, O, Cl, Br, S.

Gambar 4.2 Menggambarkan output yang simultan dari setiap detector pada masing-masing panjang gelombang dari runutan C, H, Si dari separasi sampel kromatografi yang sama

15Modifikasi pada UV vakum dgn mengganti monokromator dengan polikromator dan memasang ICP torch yang dapat dilepas dengan lengan yg dpt dibersihkan dgn He/Ar, sebuah lensa MgF2, yang menstransfer sinar tampak- UV dan sinar UV vakum masuk ke polikromator/monokromator.Alat ini digunakan untuk penentuan C, Br, N, Cl, O

Alat yang lain menggunakan ICP sebagai detector selektif untuk kromatografi cairPada sistem ini, dikembangkan nebulizer yang yang bisa menangani larutan matrik yang sulit termasuk larutan yg mengandung bahan tersuspensi yg banyak dan larutan garam jenuh serta stabil dlm jangka waktu lama dlm larutan garam sedang, seperti lar buffer.

Matrik yg sulit, mis : minyak motor, susu kental, darah, urine, jus jeruk, saus tomat, cairan hidrolitik, sirup nanas, garam dan lemak dan larutan lemak jenuh

Problem satu unsur memiliki garis emisi lebih dari satu konvensional scan instrumen hanya mampu mengukur beberapa kombinasi garis emisi, sehingga tidak cocok untuk separasi kromatografi (membutuhkan suatu scan reader untuk lebih dari satu unsur).

Alternatifnya Direct reader (photomultiflier) serangkaian celah, photomulthiplier detector dan readout amplifier yang dapat memonitor sinyal emisi secara simultan pada beberapa panjang gelombang yang berbeda,

Namun, kenyataannya ini tidak praktis membutuhkan lebih dari satu tabung photomultifplier untuk satu unsur, sehingga pengamatan terbatas hanya satu panjang gelombang untuk satu unsur

Solusi yang dikembangkanPerkembangannya direct reader diganti dengan tipe elektonik read out, dimana read out ini dapat mengukur fluks photon pada seluruh panjang gelombang secara simultan multy channel array detector.Multichannel array detectorPembacaan langsung mulai ditinggalkan dan digantikan dengan beberapa pembaca elektronik yg dpt mengukur fluks foton di semua pjng gel. Scr bersamaan dgn menggunakan berbagai perangkat kamera, seperti vidicons, intensip vidicons target, plumbicons, orticons, dissector gambar, dioda array, dllmultichannel array detektor Merupakan detector yang monokromatornya dimodifikasi menjadi polikromator dan photomultiplatyer tubesnya bisa membaca semua pajang gelombang dan dapat menentukan aliran foton pada panjang gelombang yang simultan. Yg termasuk multichannel array detector adalah : Charge transfer detector, terbagi 2:Charge coupled devises (CCD)Charge injection devices (CID)

Cont MCD menutupi kelemahan dari photomultiflier tubedetector dan photodiode detector :Range dinamik yang pendek pd spektroskopi atom, konsentrasi yg umum 4-6 magnitud. Selain itu emisi analitnya bisa lebih besar krn efek matrik atau plasmanya.b) Range spekta yg tdk memadaibiasanya 185- 600 nm, idealnya 125 nm 1 pmc) Reproduksifitas yg rendah antara detector unsurd) Rendah rasio sinyal per noise e) Tdk mampu mengintegrasikan fluks fotonf) Tdk mampu scr acak mengakses detektor unsurg) Biaya yg tinggi utk detektor unsurrendah reliabititasnyaPembacaan unsur yang tumpang tindih

Charge transfer detektorAlat ini solid state, multichannel, detektor foton terintegrasi dgn pembacaan transfer antar/intra muatanMemberikan efisiensi kuantum yg sgt tinggi dengan range panjang gelombang yg lebih besar hingga 50 %, bahkan beberapa alat iyg telah dimodifikasi bisa memberi effesiensi 90%.Jumlah dark count yg sangat rendahPembacaan noise yg rendahDerajat durabilitas yg tinggiTersedia dlm berbagai formatCharge Couple Devise (CCD)

Skema CCD detector

Kelemahan CCDDapat terjadi blooming yang timbul pada saat aliran foton yang tinggi jatuh pada permuakaan CCD yang sempit sehingga menghasilkan penumpukkan muatan yg banyak pada area detektor sehingga panjang gelombang yang dibaca tidak maksimal/ada panjang gelombang foton yang tidak terbaca.Skema CID detector

CID Komersial