Top Banner
Inductively Couplied Plasma (ICP) Kelompok 1
71

Slide Presentasi ICP-OES

Dec 16, 2015

Download

Documents

Mabrur Zanata

menjelaskan sedikit mengenai ICP-OES
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
  • 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