Upload
mabrur-zanata
View
122
Download
20
Embed Size (px)
DESCRIPTION
menjelaskan sedikit mengenai ICP-OES
Citation preview
Inductively CoupliedPlasma (ICP)
Kelompok 1
Abdul Wahid Al Wahdi
Alifa Husnun Kholieqoh
Aldino Diki Prastyan
Renaldi Fiqriansyah
Yogie Rivaldy
Dwita Lestari
Ananda Zulvemi Gunawan
Nindy Luthfi Haniif
Novia Ayu Pramesti
Plasma Materi bentuk ke-4 setelah padat, cair
dan gas
Secara fisika : gas atau campuran gas
yang mengandung ion dan elektron dengan
jumlah minimum 1% dari total gas
Sifat : penghantar listrik dan dapat
dipengaruhi oleh medan magnet. Sifat ini
dimanfaatkan untuk induksi energi pada ICP
Keberadaan di ruang angkasa :
bintang, solar wind, supernova, Aurora Borealis
dan Australis, kilat.
Plasma
PLASMA
suhu 6000 K pada Analytical
Zone
10000 K pada titik awal
pembentukan plasma
Suhu terendah plasma dapat
mencapai 0,1 K
STRUKTUR PLASMA
Inti berwarna putih seperti berlian,
disebabkan emisi spektrum garis dan
kontinu Plasma Argon
Ekor plasma tampak seperti api hingga
setinggi 2 cm.
Daerah transparan, tempat
pengukuran dilakukan. Pada daerah ini
hanya terdapat spektrum garis dari
emisi atom.
ICP TORCH
PEMASANGAN TORCH
Radial
Axial
PEMBENTUKAN PLASMA
Pada keadaan awal, seluruh silinderakan dialiri oleh gas argon dengankecepatan yang telah ditentukan.
Plasma diinisialisasi dengan kilatanlistrik tegangan tinggi dari coil teslasehingga dihasilkan ion Ar danelektron bebas.
Tumbukan dengan kecepatan tinggiakan terjadi dan menyebabkanpertambahan jumlah elektronsehingga mencapai jumlah minimum 1%, plasma dingin mulai terbentuk. Gesekan elektron dalam plasma menyebabkan suhu naik.
PEMBENTUKAN PLASMA
Proses induksi energi dimulaisaat RF dengan daya 2 5 KW, danfrekuensi 27,5 hingga 40 MHz, dialirkan pada RF Coil. Proses induksimenyebabkan plasma memilikienergi listrik dengan arus yang besar.
Aliran Plasma setara denganaliran arus listrik yang ingin bergerak. Akan tetapi, arus listrik plasma dihambat dengan sangat kuat olehmedan magnet yang berubahhingga 27,5 juta siklus per detik. Terjadi tumbukan yang sangatintens. Nilai R naik sangat tinggiterjadi efek Ohmic heating.
Ohmic heating inilah yang menyebabkan suhu plasma meningkat hinggamencapai 10000K pada intiplasma.
Isolasi suhu diperlukan agar bahan Torch plasma (kuarsa atau pyrex) tidakleleh dan rusak.
Pendinginan dilakukandengan mengalirkan gas Argon bantu (auxiliary) sehingga panas di intiplasma tidak menyebardan melelehkan instrumen.
NAZ (Normal Analytical Zone), daerahpengamatan tempateksitasi dan emisi padaplasma, suhu kerja 6000-6500 K.
ICP
(Inductively Couplied Plasma)
Pengertian
Prinsip Kerja
Preparasi
Nebulization
Desolvation
Atomisasi
Eksitasi
Pemisahan
Inductively Coupled Plasma (ICP) adalah sebuahteknik analisis yang digunakan untuk deteksi dari
trace metals dalam sampel lingkungan padaumumnya.
Pengertian ICP
Pengertian
Prinsip Kerja
Preparasi
Nebulization
Desolvation
Atomisasi
Eksitasi
Pemisahan
Prinsip utama ICP dalam penentuan elemen adalah pengatomisasian elemen sehingga
memancarkan cahaya panjang gelombang tertentu yang kemudian dapat diukur. Teknologi dengan metode ICP yang digunakan pertama kali
pada awal tahun 1960.
Pengertian
Prinsip Kerja
Preparasi
Nebulization
Desolvation
Atomisasi
Eksitasi
Pemisahan
PreparasiSampel
Nebulization
Desolvation
Atomisasi
Eksitasi
Pemisahan
P
R
I
N
S
I
P
K
E
R
J
A
Pengertian
Prinsip Kerja
Preparasi
Nebulization
Desolvation
Atomisasi
Eksitasi
Pemisahan
Beberapa sampel membutuhkan
tahapan preparasi khusus termasuk
perlakuan dengan asam, pemanasan, dan
penyerapan microwave.
1.Preparasi Sampel
PERSIAPAN SAMPELSecara umum persiapan sampel pada penetapansecara ICP-AES, serupa dengan preparasi sampellogam.
Sampel dijadikan larutan melalui prosespengabuan, digestion menggunakan asam dan
peleburan
Harus diperhatikan karakteristik dari masing-masinglogam sebelum memilih teknik pelarutan yang akandigunakan. Logam dengan titik uap rendah tidak dapatdiabukan, misalnya Zn dan Cd.
Pemilihan asam yang akan digunakan tergantung padakompleksitas matrik. Misalnya untuk sampel yang mengandung banyak bahan organik dapat digunakanbeberapa jenis asam. Dimulai dengan H2SO4, HNO3, danjika diperlukan dapat digunakan HClO4
Teknik peleburan biasanya digunakan untuk sampelbatuan atau bijih logam yang didalamnya mengandungberbagai garam rangkap yang tidak mungkindioksidasikan atau dipecahkan oleh asam. Pada teknikpeleburan, terjadi pengubahan senyawa menjadi bentuklebih sederhana.
SAMPEL CAIRAN
Untuk sampel dengan matriks yang sangat sederhana, misalnya Air bersih dan Air Minum dalam kemasan, cukup dilakukan filtrasi menggunakan filter 0,2 m
Ekstraksi cair-cair misalnya dengan Ammonium Pyrrolidine Dithiocarbamate (APDC), digunakan untukmengambil logam dari sampel yang memerlukanpemekatan.
Ekstraksi menggunakan penukar ion, baik untukkation logam atau anion misalnya AsO2
2-
Co-presipitation, logam akan terendapkan secaraadsorpsi, oklusi atau kristalisasi bersama-sama.
SAMPEL PADATAN
Dekomposisi menggunakan asam merupakan teknik yang paling umum untuk sampel ini, dengan alasan tidakmenyebabkan hilangnya analit dengan titik didih rendah.
Microwave Digestion, mulai digunakan tahun 1975, sampel didekomposisi dalam sebuah wadah teflonmenggunakan asam yang sesuai pada suhu 300C, tekanan 800 Psi, selama 10 menit.
Pengabuan, sampel diabukan dalam tanur pada suhu400 800C, akan tetapi dapat menyebabkan hilangnyaHg, Pb, Cd, Ca, As, Sb, Cr dan Cu
SAMPEL PADATAN
SAMPEL PADATAN
Peleburan, beberapa senyawa oksida dan silika darilogam tidak dapat didekomposisi menggunakan asamdan pengabuan. Peleburan, diperlukan untuk terlebihdahulu mengubah senyawa sehingga dapat larutdalam asam
NaCO3, Li2B4O7 dan K2S2O7 ditambahkan denganperbandingan 1:10, kemudian dipanaskan pada suhu800C, 900-1000C dan 900C. Pelarutan masing-masing menggunakan HCl, HF dan H2SO4
Teknik ini rentan menyebabkan gangguan di ICP dankadar garam yang tinggi dapat menyebabkangangguan spektral serta sumbatan di nebulizer.
Pengertian
Prinsip Kerja
Preparasi
Nebulization
Desolvation
Atomisasi
Eksitasi
Pemisahan
Nebulization adalah proses konversi
liquid menjadi aerosol. Aerosol yang
dihasilkan dalam ruang semprot dipisahkan
dengan ukuran, tetes yang lebih kecil dibawa
ke plasma dan tetes yang lebih besar yang
dikeringkan.
2. Nebulization
Pneumatic nebulizer
menggunakan gas
bertekanan tinggi untuk
mengubah larutan
menjadi aerosol halus
Ultrasonic nebulizer
menggunakan gelombang
ultrasonic untuk
mendidihkan, mengubah
fase cairan menjadi
aerosol dan dilewatkan
pada sebuah membran.
Pengertian
Prinsip Kerja
Preparasi
Nebulization
Desolvation
Atomisasi
Eksitasi
Pemisahan
Air dikurangi dan bagian solid dan
liquid yang tersisa diubah bentuk menjadi
fase gas.
3.Desolvation/Volatization
Pengertian
Prinsip Kerja
Preparasi
Nebulization
Desolvation
Atomisasi
Eksitasi
Pemisahan
Pada tahapan ini ikatan pada fase
gas dirusak dan hanya atom yang ada.
Temperatur plasma dan lingkungan kimia
yang inert sangat penting pada tahapan ini.
4. Atomisasi
Pengertian
Prinsip Kerja
Preparasi
Nebulization
Desolvation
Atomisasi
Eksitasi
Pemisahan
Atom-atom mendapatkan energi dari
tabrakan dan memancarkan cahaya dari
karakteristik suatu panjang gelombang.
5.Eksitasi/Emision
Pengertian
Prinsip Kerja
Preparasi
Nebulization
Desolvation
Atomisasi
Eksitasi
Pemisahan
Pada tahap ini dilakukan secara
kuantitatif kisi kisi pendispersi cahaya
6.Pemisahan/Deteksi
[M+,X-] [M+,X-]nebulisasi
Larutan molekul
[MX]solidvaporisasidesolvasi
[X0]gas[M0]gas
[MX]gas
[X+]gas
ato
mis
asi
[M*]gas[M0]gas
emisi eksitasi
ground state excited state
[M+*]gas[M+]gas
ground state excited state
[Mn+*]gas[Mn+]gas
ground state excited state
[M+]gas
[Mn+]gas
panas
panas
aerosol
panas
panas
panas
eksitasi
eksitasi
emisi
emisi
REACTION IN ATOMIZATION PROCESS
ICP-Optical Emission Spectrophotometer
Prinsip Kerja
Komponen
Aplikasi
Perangkat keras ICP OES yang utama
adalah plasma, dengan bantuan gas
akan mengatomisasi elemen dari energy
ground state ke eksitasi state sambil
memancarkan energy cahaya hv.
Prinsip Kerja
Prinsip Kerja
Komponen
Aplikasi
Proses ini terjadi oleh Plasma yang
dilengkapi dengan tabung konsentris
yang disebut torch, paling sering dibuat
dari silika.
Prinsip Kerja
Prinsip Kerja
Komponen
Aplikasi
ICP OES terdiri dari komponen berikut:
a. sampel introduction system (nebulizer)
b. ICP torch
c. High frequency generator
d. Transfer optics and spectrometer
e. Computer interface
Komponen
Prinsip Kerja
Komponen
Aplikasi
Sampel yang akan dianalisis harus
dalam larutan. Untuk sampel padatan
diperlukan preparasi sampel dengan
proses digestion pada umumnya dengan
acid digestion.
Prinsip Kerja
Komponen
Aplikasi
Nebulizer berfungsi untuk
mengubah larutan sampel menjadi erosol.
Cahaya emisi oleh atom suatu unsur pada
ICP harus dikonversi ke suatu sinyal listrik
yang dapat diukur banyaknya.
Prinsip Kerja
Komponen
Aplikasi
Hal ini diperoleh dengan mengubah
cahaya tersebut ke dalam komponen
radiasi (hampir selalu dengan cara difraksi
kisi) dan kemudian mengukur intensitas
cahaya dengan photomultiplier tube pada
panjang gelombang spesifik untuk setiap
elemen.
Prinsip Kerja
Komponen
Aplikasi
Cahaya emisi oleh atom atau ion
dalam ICP dikonversikan ke sinyal listrik
oleh photomultiplier dalam spectrometer.
Intensitas dari sinyal dibandingkan
intensitas standard yang diketahui
konsentrasinya yang telah diukur
sebelumnya.
Prinsip Kerja
Komponen
Aplikasi
Beberapa elemen memiliki lebih
dari satu panjang gelombang spesifik
dalam spektrum yang dapat digunakan
untuk analisis. Dengan demikian, pilihan
panjang gelombang yang paling sesuai
sangat mempengaruhi akurasi.
Prinsip Kerja
Komponen
Aplikasi
ICP dapat digunakan dalam analisis
kuantitatif untuk jenis sampel bahan-bahan
alam seperti batu, mineral, tanah, endapan
udara, air, dan jaringan tanaman dan
hewan.
Aplikasi OES
Prinsip Kerja
Komponen
Aplikasi
Mineralogi, pertanian, kehutanan,
peternakan, kimia ekologi, ilmu lingkungan
dan industri makanan, termasuk pemurnian
dan distribusi anlisa elemen air yang tidak
mudah dikenali oleh AAS seperti Sulfur,
boraks, fosfor, Titanium, dan Zirconium
Aplikasi OES
GANGGUAN PADA ICP-OES
GANGGUAN NEBULISASI
Jenis :Gangguan fisika
Akibat : Perubahan aliran pada saat pembentukan aerosol di nebulizer.
Penyebab :Perbedaan viskositas, tegangan permukaan dankepekatan larutan.
Terjadi pada : Larutan yang mengandung jumlah asam mineral yang terlalu tinggiDapat terjadi jika panjang tabung nebulizer danluas permukaannya terlalu besar.
Kesalahan akibat gangguan ini tidak terjadipada sistem plasma dan dapat dihindari.
GANGGUAN KIMIA
Penyebab :Tingginya temperatur plasma, waktupenahanan yang cukup lama, terbentuknyamolekul atau radikal stabil, terbentuknyasenyawa logam fosfat dan oksida alumina yang memiliki suhu penguraian tinggi
Terjadi pada :ICP-AES dengan daya rendah
Cara menghilangkan : meningkatkan energi induksi plasma danmenurunkan kecepatan aliran plasma.
GANGGUAN IONISASI
Penyebab : Unsur alkali dan alkali tanah yang dapatmenyebabkan penurunan intensitas emisidari analat.
Pada ICP, gangguan ionisasi hanyamenyebabkan sedikit atau bahkan tidakmenyebabkan perubahan intensitasspektra analit
Hal ini disebabkan tingginya kerapatanelektron pada plasma ICP, sehingga tidakmemungkinkan unsur alkali dan alkali tanah untuk mengubah kesetimbanganpengionan.
GANGGUAN SPEKTRA
Penyebab :Emisi yang sebelumnya tidak muncul padaatomisasi nyala muncul secara intens, spektrumArgon, atau spektrum garis, pita dan kontinuspesi yang memasuki plasma
Terbagi menjadi empat:1. Tumpang tindih garis spektra berdekatan2. Tumpang tindih spektra dengan spektrum
lebar berdekatan3. Spektrum kontinu4. Sinar sesatan
GANGGUAN SPEKTRA
Tumpang tindih spektrum garisberdekatan terjadi jika sistem dispersitidak mampu memisahkan garis emisi
analit terhadap garis emisi matriks.
Hanya monokromator tipe Echelle yang mempunyai kemampuan pemisahan
yang sangat baik
Cara menghindari : dengan terlebih dahulu memisahkananalit menggunakan ekstraksi cair-cair atau kromatografi
penukar ion.
GANGGUAN SPEKTRA Misalnya Cd 228,802 nm dan As 228,812 nm bertumpang
tindih jika dipisahkan dengan monokromator biasa danmemberikan resolusi cukup baik jika menggunakan
monokromator Echelle
GANGGUAN SPEKTRA
Tumpang tindih spektrumdengan garis emisi lebar. Garis emisi lebardisebabkan oleh besarnyakonsentrasi analit dalamsampel.
misalnya Cd 214,44 nm 1 ppm akan bertumpangtindih denganAl 214,54 1000 ppm.
Hal ini dapat ditanggulangidengan memilih garis emisiyang lain sehingga tidaklagi terjadi tumpang tindih.
GANGGUAN SPEKTRA
Gangguan akibat sinar sesatan disebabkan olehkonsentrasi tinggi dari Mg, Ca, Fe atau Al.
Sinar sesatan menaikan emisi latar belakang danmeningkatkan noise dalam pengukuran
Sistem optik yang baik diperlukan untukmengurangi sinar sesatan yang mungkinmencapai detektor.
Solar-Blind PMT, jenis PMT yang tidakmemberikan respon di atas 350 nm dapat
juga digunakan untuk mengatasigangguan akibat sinar sesatan
GANGGUAN SPEKTRA
SISTEM DISPERSI PADA ICP
Garis spektra yang
dimiliki oleh satu unsur
yang sedang dieksitasi
dalam plasma dapat
mencapai jumlah ratusan
hingga ribuan.
SISTEM DISPERSI PADA ICP
Diperlukan suatu sistem
pemisahan panjang gelombang
emisi yang sangat baik untuk
mendapatkan hasil yang tepat
dan akurat
Secara umum terdiri dari
lensa pemfokus, slit, cermin
pemantul, prisma dan grating
SISTEM DISPERSI PADA ICP
Pembacaan intensitas emisi pada
ICP umumnya dilakukan
terhadap beberapa panjang
gelombang emisi dalam satu
waktu, pembacaan pada satu
panjang gelombang unsur tidak
menjadi pilihan walaupun
memungkinkan.
SISTEM DISPERSI PADA ICP
Pembacaan dapat dilakukan
secara sequensial
(bertahap) atau secara
simultan (menggunakan
multi channel)
SISTEM DISPERSI PADA ICP
Hasil pemisahan akan diteruskan
pada detektor untuk diolah
menjadi sinyal listrik berupa
Photo Multiplier Tube (PMT)
atau detektor Photo Diode
Array (PDA) dan Charge
Couple Device (CCD)
SEQUENSIAL VS. MULTICHANNEL
SEQUENSIAL VS MULTICHANNEL
Pada instrumen sequensial PMT bergerak dibelakang sebuah piringan,
Atau grating dan prisma bergerak ke beberapa slit
Menggunakan slit yang telah dikonfigurasi diawal untuk mendeteksihingga 20 garis spektra
Lebih murah, tetapi lambat
Pada instrumen Multichannel Digunakan Polikromator yang berupa susunan beberapa buah PMT
Menggunakan detektor padat rangkaian peka cahaya, berupa PDA, CCD atau CID
Mahal cepat
ICP-AES model terbaru biasanya merupakan sistem multichannel
SEQUENSIAL
Walaupun memiliki banyak garis spektrum emisi, banyakdiantaranya yang tidak dapat dimanfaatkan untuk prosesakuisisi data
Pemindaian dengan kecepatan tinggi dilakukan padadaerah kosong diantara garis emisi yang akan dibaca, kira20 milidetik untuk melakukan pemindaian dari 165 800 nm
Pemindaian secara teliti dengan kecepatan rendahdilakukan terhadap garis emisi dengan jarak kenaikan0.01 to 0.001 nm
Sistem data menentukan terlebih dahulu garis emisi yang akan dipindai
SEQUENSIAL SCANNING
SIMULTAN LINGKARAN ROWLAND
SIMULTAN MULTICHANNEL
ECHELLE MONOKROMATOR
ECHELLE MONOKROMATOR
ECHELLE MONOKROMATOR
Kekuatan difraksi: D-1 = (2d Cos )/nF
ECHELLE MONOKROMATOR
KELEBIHAN DAN KEKURANGAN
Kelebihan ICP
Analisis secara simultan,
menghemat waktu dan sampel
Dapat menetapkan beberapa
jenis unsur bukan logam (Cl, Br, I
dan S)
Kisaran konsentrasi linear yang
sangat baik (magnitude: 105 106 )
KELEBIHAN DAN KEKURANGAN
Kekurangan ICP
Spektrum yang sangat kompleks,
dapat terdiri atas ratusan hingga
ribuan garis.
Diperlukan sistem optik yang
mutakhir dan biasanya sangat mahal
Biaya investasi dan perawatan mahal,
Tingkat keahlian operator harus
tinggi.
DAFTAR PUSTAKA
Vela, N.P., Olson, L.K., and Caruso, J.A. Elemental speciation with
plasma mass spectrometry. Analytical Chemistry 65 (13) 585A-597A
(1993).
Boonen, S., Vanhaecke, F., Moens, L., and Dams, R. Direct
determination of Se and As in solid certified reference materials using
electrothermal vaporization ICP-MS.Spectrochimica Acta 51(2) 271-
278 (1996).
Boumans, P.W.J.M. Inductively coupled plasma-emission
spectroscopy-Part 1. John Wiley & Sons. New York. 584 pp.
Hoffman, E., Ludke, C., and Stephanowitz, H. Application of laser ICP-
MS in environmental analysis. Fresenius Journal of Analytical
Chemistry355: 900-903 (1996).
Lindon, John C, G.E. Tranter dan J.L. Holmes. 2000. Encyclopedia of
Spectroscopy and Spectrometry. London: Academic Press
DAFTAR PUSTAKA
Skoog,D.A, F.J. Holler dan T.A. Nieman. 1998. Principles of
Instrumental Analysis, Fifth Edition. Philadelphia: Saunder
College Publishing.
Lajunen dan Peramaki. 2004. Spectrochemical Analysis by
Atomic Absorption and Emission, Second Edition. Cambridge:
The Royal Society Of Chemistry
Lindon, John C, G.E. Tranter dan J.L. Holmes. 2000.
Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry. London:
Academic Press
Steve, J. Hill. 2007. Inductively Coupled Plasma Spectrometry
and its Applications. Oxford:Blackwell Publishing.
Dean, John R.. 2005. Practical Inductively Coupled Plasma
Spectroscopy. West Sussex: John Wiley & Sons, Ltd.
THANK YOU