FOTOMETRI NYALA

I. TUJUAN

1. Mempelajari dan memahami prinsip kerja fotometri nyala.

2. Menentukan konsentrasi larutan tugas dengan menggunakan metode

fotometer nyala.

II. TEORI

Secara umum, nyala mengubah padatan atau cairan ke bentuk uap dan

memecehkannya ke dalam bentuk molekul atau atom-atom yang sederhana.

Mereka akhirnya mengeksitasi partikel-partikel tersebut sehingga menghasilkan

emisi cahaya. Pada nyala ini, air atau pelarut diuapkan dan garam-garam kering

tinggal dalam nyala.Jika pemanasan diteruskan pada suhu yang lebih tinggi, gara-

garam tersebut diuapkan dan molekul terdisosiasi menjadi atom-atom netral

dimana akan menunjukkan emisi. Uap atom logam atau molekul yang

mengandung atom-atom yang diinginkan dieksitasi oleh energi termal dari nyala.

Dari tingkat tereksitasi, elektron cenderung untuk kembali ke keadaan dasar

dengan radiasi emisi. Suatu unsur akan memperlihatkan sifat-sifat spektrum yang

khas. Biasanya spektrum garis diperoleh dari atom sedangkan molekul

menghasilkan spektrum pita ataupun pita kontinu. Eksitasi menyebabkan elektron

naik ke tingkat dasar disertai dengan energi radiasi.(Khopkar.S.M.2010)

Spektrofotometri emisis nyala menyangkut pengukuran energi radiasi

yang dipancarkan oleh atom yang tereksitasikan. Dalam spektroskopi absorbsi

atomik, absopsi energi radiasi oleh atom dalam keadaan dasar diukur. Kedua cara

sering bersama-sama dibahas untuk mudahnya, meskipun ada perbedaan

mendasar, sebab nyala api pada kedua cara adalah sama, baik apabila emisi atau

pun absorpsi yang harus diukur, maka atom yang diperlukan biasanya diperoleh

dari contoh dengan mmenggunakan nyala api.(Underwood.A.L,

Day.R.A.Jr.:1980).

Fotometri nyala merupakan cabang dari spektroskopi emisi, bidang utama

yang merupakan bagian lain dari spektrofotometri atau spektroskopi absorpsi,

sedikitnya untuk keperluan analisa, bahan-bahan yang tereksitasi tidaklah

penting. Pada spektroskopi emisi, contoh tereksitasi dengan usaha yang

bermacam-macam, dan emisis radiasi oleh bahan tereksitasi apabila kembali ke

keadaan energy yang lebih rendah diukur. (Underwood.A.L, Day.R.A.Jr.:1980)

Fotometer nyala merupakan suatu metoda analisa yang didasarkan pada

pengukuran besaran emisi sinar monokromatis dengan panjang gelombang

tertentu yang dipancarkan oleh suatu logam alkali / alkali tanah dalam keadaan

berpijar atau bernyala. Besaran ini merupakan fungsi dari konsentrasi dari

komponen logam tersebut. Metoda ini dimanfaatkan untuk identifikasi unsur

alkali tersebut. Flame fotometer ini dibedakan atas 2 bagian, yaitu:

a. Filter flame fotometer

- Terbatas untuk analisa unsur Na, K dan Li

- Monokromator yang digunakan adalah filter.

b. Spektro flame fotometer

- Digunakan untuk analisa unsur K, Ca, Mg, Sr, Ba dll.

- Monokromator yang digunakan pada alat ini adalah pengatur panjang

gelombang. (Darmawangsa Z.A :1986)

Salah satu langkah dalam prosedur emisi nyala atau fotometri nyala

melibatkan penyemprotan sampel ke nyala. Radiasi dari sumber akan diuraikan

untuk mendapatkan daerah spektrum yang diinginkan. Intensitas dari radiasi

spektrum tersebut dapat diukur. Dengan sistem penyemprotan diharapkan

distribusi yang seragam dari sampel masuk ke nyala sehingga masalah-masalah

yang berhubungan dengan busur api dan bunga api dapat dihindarkan.

(Khopkar.S.M.2010)

Metode evaluasi dalam fotometri nyala adal dua metode, yaitu metode

adisi dan yang lainnya adalah metode standar dalam.

¿

¿

(L2−L1 )=KS

Pembacaan emisi efektif diperoleh dengan dua larutan; pertama yang

mengandung zat sampel dan kedua yang mengandung jumlah sampel yang sama,

ditambahakan sejumlah larutan standar. Konsentrasi unsur yang diselidiki masing-

masing larutan ditentukan dari pengukuran intensitas emisi yang dibuat melalui

kurva kalibrasi standar. (Darmawangsa Z.A :1986)

Pada metode penambahan standar dalam, jumlah yang tetap energi dari

standar dalam ditambahkan ke sampel dan larutan standar. Energi radiasi dari

emisi diukur untuk dua larutan. Perbandingan intensitas emisi antara garis analit

terhadap standar dalam diplot terhadap konsentrasi zat yang dianalisis. Log emisi

terhadap log C akan memberikan garis lurus dengan perpotongan sumbu y pada

sudut 45°. (Khopkar.S.M:2010)

Beberapa alat dapat mencegah terjadinya pembandingan secara langsung

tenaga radiasi yang dipancarkan oleh dua unsur di dalam contoh, dengan

menggunakan standar dalam untuk memperkecil pengaruh dari variasi dalam

contoh yang dimasukkan dan besar kecilnya nyala. Misalnya dalam analisa

natrium dapat ditambahkan garam lithium dalam jumlah yang konstan ke dalam

larutan natrium standar. Pemilihan lithium didasarkan pada kemiringan dengan

natrium dalam responnya terhadap variasi eksitasi dan ketidak boleh jadiannya

terdapat dalam sebagian contoh yang dianalisa. Radiasi yang dipancarkan dalam

satu arah dari nyala dilewatkan ke filter yang hanya meneruskan satu garis

natrium kuning ke detektor. (Darmawangsa Z.A :1986)

Fotometer nyala tersusun dari pengatur tekanan, pengukur aliran untuk gas

bakar, atomiser, pembakar, sistem optik dari detektor fotosensitif dan pencatat.

1. Pengatur tekanan dan pengukur aliran digunakan untuk mengatur tekanan

dan aliran gas yang diinginkan. Diperlukan tekanan bahan bakar sebesar 10 pon

dan 25 pon untuk oksigen. Diafragma ganda dan jarum penunjuk dinningnkan

untuk mengawasi aliran gas, pengukur putaran (rotameter diatur dengan

kecepatan aliran gas 2-10 ft/jam).

2. Atomiser digunakan untuk memasukkan cairan sampel ke nyala dengan

kecepatan tetap. Atomiser diklarifikasikan menjadi 2, yaitu yang menyemprotkan

sampel ke tempat pengkondensasi untuk menghilangkan partikel-partikel yang

besar dan tipe yang lainnya adalah yang menyemprotkan sampel langsung ke

nyala. Yang pertama memerlukan kurang lebih 4-25 mL sampel per menit dimana

5% yang sampel ke nyala. Pada metode yang kedua digunakan bubuk kental

dalam isopropanol.

3. Pelarut gliserin dapat digunakan. Pembakar haruslah menghasilkan nyala

yang baik. Pembakar meker baik digunakan untuk suhu rendah. Suatu kisi logam

pada bagian mulut pembakar berguna menghindarkan sambaran api ke dalam.

Suatu kombinasi pembakar dan penghisap, mempertemukan sampel secara

langsung dengan nyala.

4. Sistem optik berfungsi untuk mengumpulkan dan membuat cahaya

monokromatis serta memfokuskan detektor fotosensitif. Cahaya difokuskan pada

detektor denga mengatur cermin cekung dari nyala. Filter adsorpsi maupun filter

interferensi memisahkan radiasi tertentu, tetapi pemisahan yang lebih baik dapat

diperoleh dengan monokromator. Celah yang baik diperlukan untuk

mempersempit cahaya.

5. Detektor fotosensitif seperti sel lapisan barrier kurang baik, sebab

responnya tidak dapat dilipat gandakan. Fotometer filter nyala baik sebagai

detektor tetapi suhunya harus diawasi. Fotometer nyala dimana lebar pita dari

energi radiasi yang sampai ke detektor kecil, menggunakan fototube dan

amplifier.

Suhu nyala merupakan salah satu variabel yang paling penting dalam

fotometri nyala. Ini ditentukan oleh sifat bahan bakar dan laju penyediaanya,

penyediaan udara atau oksigen dan perencanaan alat pembakar. Nyala hydrogen

dan oksigen digunakan secara luas untuk memberikan energi bagi banyak

keperluan dan nyala apinya menghasilkan radiasi dengan latar belakang sangat

sedikit yang dapat mengahalangi pengamatan spektrum. (Darmawangsa

Z.A :1986)

Nyala dari latar belakang seringkali harus diperhitungkan. Nyala hidrogen

menghasilkan perbandingan sinyal sampel logam terhadap latar belakang dengan

paling baik. Pengukuran intensitas spektrum garis tergantung pada jumlah garam-

garam yang ada dalam nyala; jumlah disosiasinya; ionisasi; atom-atom tereksitasi;

kesempatan melakukan transisi dari keadaan dasar dan absorpsi diri. Setelah

disosiasi, variasi intensitas emisi terhadap temperatur diatur dengan energi

eksitasinya. Ionisasi akan mengurangi konsentrasi dari atom netral yang ada

dalam nyala, sehingga mengurangi intensitas ari emisi. Besarnya energi untuk

disosiasi dari logam ke atom-atomnya adalah mendekati potensial ionisasi atau

energi ionisasi atom. (Khopkar.S.M:2010)

Faktor-faktor yang berhubungan dengan variasi intensitas emisi dalam

nyala, misalnya disebabkan oleh pembentukan hidroksida dari logam-logam

alkali. Oksigen-asetilen menyediakan lingkungan yang sesuai untuk terbentuknya

atom-atom bebas dari unsur yang senang membentuk molekul monoksida.

Biasanya zat dilarutkan dalam pelarut hidrokarbon. Intensitas emisi akan

bertambah dengan menggunakan pelarut organik-air. Teknik ekstraksi pelarut

dapat dapat dimanfaatkan untuk tercapainya pemisahan analitik kemudian fase

organiknya dapat langsung disedot ke arah nyala untuk menaikkan intensitas

emisi. Pelaksanaan ekstraksi dan fotometri nyala secara serentak memberikan

hasil yang baik. (Khopkar.S.M:2010)

Ada bermacam-macam gangguan dalam fotometri nyala seperti:

1. Gangguan spektrum

Gangguan spektrum dialami jika energi radiasinya tidak terisolasi sesuai dengan

yang diinginkan. Interferensi tersebut dikurangi dengan monokromator yang baik.

Akan tetapi gangguan tersebut tidak dapat ditiadakan secara total hanya dengan

menaikkan resolusinya. Gangguan tersebut dapat dihilangkan dengan memilih

spektrum lain atau menghilangkan zat-zat asing dengan ekstraksi pelarut.

2. Emisi latar belakang

Emisi latar belakang mungkin disebabkan konstituen tertentu yang ada dalam

nyala dan dapat dihilangkan dengan menggunakan larutan blanko.

3. Absorpsi sendiri

Proses eksitasi diikuti dengan hilangnya energi dalam bentuk radiasi yaitu ketika

elektron kembali ke keadaan dasar atau tingkat energi yang lebih rendah. Jika

terjadi adsorbsi sendiri energi radiasi, kekuatan dari spektra lemah. Akibatnya

lebih buruk untuk spektrum resonansi yang turun dari tingkat eksitasi terendah.

Pada konsentrasi rendah, gejala-gejala tersebut tidak berarti.

4. Ionisasi

Nyala gas oksigen, memiliki cukup energi untuk mengionisasi alkali dan alkali

tanah.

5. Interfernsi yang disebabkan anion

Pengaruh ion lain, jika garam-garam dan asam ada dalam nyala adalah

menurunkan emisi;(≤0,1M) H2SO4, H3PO4, HNO3 memperlihatkan efek tersebut.

Penggunaan releasing agent atau ligan pendukung khelat menghilangkan

interferensi ini.

6. Sifat-sifat larutan

Sifat-sifat larutan seperti tekanan uap, tegangan permukaan, mempengaruhi

ukuran tetesan dan penggunaan LiCl mengurangi efek tersebut. Surfaktan ionik

juga berguna untuk menambah tegangan permukaan. (Khopkar.S.M:2010)

Aplikasi fotometer nyala dalam kehidupan sehari-hari khususnya dalam

bidang industri adalah :

1. Menentukan kadar kalium dalam pupuk

2. Menentukan kadar kalium dan Na dalam air

3. Menentukan kadar Na2O dan K2O dalam semen.

(Sumar Hendayana : 1997)

III. PROSEDUR PERCOBAAN

3.1 Alat & Bahan

a. Alat

- Peralatan flame fotometer : alat pengukur emisi sinar monokromatis

- Labu ukur : wadah penghomogen larutan

- Buret : wadah pengambil zat

- Pipet gondok : alat memipet zat

b. Bahan

- Larutan standar K 1000 mg/L : sebagai sampel

- Larutan standar Na 1000 mg/L : sebagai sampel

- Aquadest : pelarut

3.2 Cara Kerja

1. Diencerkan larutan standar induk 1000 mg/L Kalium dan juga Natrium

menjadi 50 mg/L masing-masing sebanyak 100mL.

2. Dibuat deretan standar kalium 0 ; 1 ; 2 ; 4 ; 7 dan 10 ppm dengan

mengencerkan larutan standar 50 mg/L pada labu ukur 50 mL. lakukan

hal yang sama untuk natrium.

3. Mintalah larutan tugas saudara dengan menyerahkan labu ukur 50mL

dengan label nama praktikan, lalu encerkan sampai batas dengan

aquades.

4. Alat flame fotometer dihubungkan dengan tabung gas bahan bakar yakni

propan ataupun gas LPG, serta instalasi jaringan listrik hidupkan

komprosornya.

5. Powerdi On kan, hidupkan nyala api pada burnernya. Atur nyala burner

menjadi kerucut biru dengan mengatur tombol fuel.

6. Pasangkan posisi monokromator pada filter kalium, disiapkan deretan

standarnya.

7. Aspirasikan larutan blanko, lalu atur tombol blank sampai didapatkan

pembacaan indicator alat menunjukkan tepat pada nilai 00.

8. Diganti dengan larutan standar tertinggi dari deretan standar saudara.

Atur tombol sensitifity yakni tombol fine sampai indicator menunjukkan

tepat skala 100.

9. Kapiler dibilas dengan aquades, lalu kembali ukur larutan blanko.

Indicator harus menunjukkan posisi 00, jika sedikit tergeser, tepatkan

kembali dengan memutar tombol blank. Kini alat telah dalam kondisi set.

10. Pengukuran dilakukan terhadap seluruh deretan larutan standar, dimulai

dari konsentrasi terendah, kemudian sampel tugas, sampel air alam dan

air tanaman.

11. Larutan tugas serta larutan sampel air alam dan air tanaman yang sudah

ditugaskan dilakukan pemgukuran seperti yang diatas.

12. Untuk air tanaman dilakukan pengenceran awal 50 kali dengan akuades

demikian juga untuk air alam berupa air muara, air payau ataupun air

laut, jika masih pekat encerkan lagi catat dan perhitungkan factor

pengenceran yang dilakukan.

13. Dibuat kurva kalibrasi standar kalium dengan bantuan kurva kalibrasi

standar ini tentukan kadar kalium dari larutan sampel.

14. Hal yang sama juga dilakukan terhadap penentuan natrium. Jangan lupa

memasukkan factor pengenceran yang dilakukan pada perhitungan hasil

saudara. Laporkan kadar logam K dan Na dari sampel saudara dalam

satuan ppm.

3.3 Skema Kerja

Diencerkan menjadi 50 mg/L masing-masing

sebanyak 100 ml

- Dibuat deret standar Kalium 0;1;2;4;7 dan 10

ppm dengan mengencerkan larutan standar 50

ppm pada labu ukur 50 ml

- Dilakukan juga untuk larutan standar Natrium

- Diberi label nama

- Diencerkan sampai batas

- Dihubungkan dengan tabung gas, instal jaringan

listrik, hidupkan kompresor

- on kan oven, tekan tombol ignitor sampai nyala

api hidup, atur nyala burner menjadi kerucut

biru dengan pengatur tombol fuel

- Diatur posisi monokromator pada filter kalium

- Disiapkan deret standar

- Aspirasikan larutan blanko, atur tombol blank

sampai didapatkan pembacaan indikator tepat

pada nilai 00

- Diganti dengan larutan standar tertinggi

- Diatur tombol sensitifity dlm hal tombol fine

sampai didapatkan penunjukan indikator tepat

pada skala 100

- Dibilas kapiler dengan aquadest

Larutan standar induk 1000 mg/L Kalium

Larutan tugas pada labu 50 ml

Alat flame fotometer

- Diukur kembali larutan blanko sampai posisi 00.

Alat dalam kondisi set

- pengukuran dilakukan terhadap seluruh deretan

standar, dimulai dari kosentrasi terendah

- Dilakukan pula terhadap larutan tugas serta

sampel alam dan air tanaman

- pengenceran awal 50 kali dengan aquades

- Dicatat dan diperhitungkan faktor pengenceran

yang dilakukan

- Dibuat kurva kalibrasi standar Kalium, dengan

bantuan kurva kalibrasi dapat ditentukan kadar

kalium dari larutan sampel/tugas

- Dimasukan faktor pengenceran pada

perhitungan hasil

-

Air tanaman dan air alam

Hal yang sama untuk penentuan Natrium

Kadar logam K dan Na dari sampel dalam satuan ppm

3.4 SkemaAlat

Keterangan gambar:

1. Fume extraction( pembakaran keluar)

2. Flame

3. Digital Display

4. Capilary Tube

2

3

4

1

DAFTAR PUSTAKA

Day.R.A.Jr, Underwood.A.L.1980.ANALISA KIMIA KUANTITATIF EDISI

KE-4.Cliffs Pratice Hall.

Darmawangsa Z.A 1986.Penuntun Pratikum analisa instrument (Dasar-dasar

penggunaan) Jakarta : Grayuna. Hal 26-28.

Khopkar.S.M. 2010. KONSEP-KONSEP KIMIA ANALITIK. Jakarta: UI Press.

Ismono, Drs . CARA-CARA OPTIK DALAM ANALISA KIMIA. Departemen

Kimia ITB . Bandung . 1980 .

Sumar Hendayana , Dr dkk . 1997. KIMIA ANALITIK INSTRUMEN. IKIP

Semarang Press .

ANALISA JURNAL

Judul : Penentuan Kandungan Natrium dan Kalium Pada Sampel Air dari Sungai Girna dan Godavari Secara Fotometri Nyala

Tujuan : Menentukan kandungan natrium dan kalium dari sampel air sungai Girna dan Godavari dengan menggunakan fotometri nyala.

Metode : Fotometri Nyala

Skema Kerja :

Hasil

- Hidupkan alat

- Dibuka penutup dan filter untuk tes dibuka

- Masukkan pipa kapiler kedalam air distilasi dan diatur nilai 0

- Masukkan PVC dan pipa kapiler kedalam Larutan Na/Ca dan K/Li dengan konsentrasi tertinggi yang akan ditentukan

- Atur nyala dalam low, medium, dan high tergantung konsentrasi

- Atur setiap chanel yntuk menampilkan 100 pada skala yang terbaca

- Cara 3 dan 6 dilakukan kembali pada larutan sampel

- Pipa kapiler dicuci dahulu dengan air distilasiPipa kapiler dicelupkan ke dalam sampel dan baca konsentrasi pada skala

- Ditimbang

- Dilarutkan dengan air distilasi sampai 1000 ppm

Flame Photometer(Make-Elico-

Model-CL220)

NaCl dan KCl

Hasil dan Pembahasan

Konsentrasi dari kandungan natrium dan kalium pada air yang diambil dari sungai dibandingkan terhadap larutan standar (dalam ppm). informasi statistika yang didapatkan dari penentuan konsentrasi natrium dan kaliun pada sampel air dari sungai secara fotometri nyala termasuk konsentrasi dari kandungan natrium pada sampel air lebih banyak daripada kandungan kalium.

Kelebihan

Metode ini sederhana dan akurat untuk menentukan konsentrasi dari sampel yang belum diketahui konsentrasinya dari sungai.