analisis cuplikan lingkungan dan bahan geologi ... - JUSAMI - Batan

Analisis Cuplikan Lingkungan dan Bahan Geologi dengan Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (Rukihati)PENDAHULUANInductively Coupled Plasma-Mass Spectrometeradalah seperangkat alat untuk menentukan unsur danisotop secara simultan yang terkandung dalam berbagaijenis cuplikan. Alat ini adalah gabungan plasma(ICP = Inductively Coupled Plasma) sebagai sumberionisasi dengan spektrometer massa (MS = MassSpectrometer) sebagai pemilah dan pencacah ion.Metode analisis ini dikenal dan lazim disebut metodeICP-MS. Semula ICP banyak digunakan sebagai sumbereksitasi untuk spektrometri emisi, sebagaian besar unsurdapat diionisasi dengan efisien dalam ICP. Denganalasan inilah ICP digunakan sebagai sumber ion dalamICP-MS. Bila dibandingkan terhadap InductivelyCoupled Plasma-Emission Spectrometry (ICP-ES),spektra massa lebih sederhana dari pada spektra emisioptik. Kebanyakan unsur berat memperlihatkan ratusangaris emisi, tetapi unsur berat tersebut hanya mempunyai1 – 10 spektrum massa yang berasal dari isotop alam.Parameter sistem ICP-MS adalah: argon ICP (argonplasma, auxiliary dan nebulizer); spektrometer massa(sampler dan skimmer); kevakuman (interface regiondan mass spectrometer chamber); lens voltages(photon stop, bassel box barrel, einzel lenses, dan a.c.rods). Dalam sistem ICP-MS, istilah “compromisecondition” diartikan sebagai satu set kondisi parameteralat yang didasarkan gangguan spektra massa palingkecil dan sensitifitas analit yang paling baik.Pengertian sederhana plasma adalah gas yangterionisasi sebagian, biasanya digunakan gas argon (Ar).Di dalam plasma tersebut terdapat ion bermuatan positifdan elektron, wujud plasma dapat dilihat sebagai nyalasebagai media ionisasi. Nyala plasma argon mempunyaisuhu antara 6000 K sampai dengan 10.000 K, suhutersebut sangat ideal untuk ionisasi unsur-unsur.Mekanisme pembentukan plasma argon dan prosesionisasi analit spesi M, melalui reaksi-reaksi :(1) Ar + e • ’Ar + +2e.(2) Ar + + e• ’ Ar m .(3) Ar + +M • ’ M + + Ar(4) Ar m + Ar+ • ’ Ar 2+.Ion-ion-ion positip yang terbentuk dipilah dandicacah didalam spektrometer massa, sedangkanAr m adalah spesi Ar metastabil. Sebagai ilustrasiproses ionisasi dalam sistem ICP-MS dapat dilihatpada Gambar 1.Dalam proses ionisasi tersebut diawali denganpelarutan cuplikan menjadi larutan garam, larutan garamdikabutkan dengan nebulizer menjadi butiran-butiranberukuran 10 µm, masuk ke dalam plasma terjadidesolvasi menjadi: partikel fasa padat, partikel garam fasagas, mengalami dissosiasi menjadi atom bebas danakhirnya menjadi ion bebas atau terjadi gabungan ion,seperti halnya spesi ion Ar 2+yang terbentuk dalamplasma argon [1-5].PADATAN GARAM - PELARUTIONPARTIKEL FASA PADATpenggabunganpelarutanLARUTAN GARAMpengabutandesolvasipenguapanPARTIKEL GARAMdissosiasiATOMionisasiIONSPEKTROMETER MASSAGambar 1. Diagram proses ionisasi dalam sistemICP-MSDalam penggunaannya, ada dua keuntunganutama metode ICP-MS, pertama, spektra massa yangsederhana, yaitu 1 - 10 spektrum berasal dari isotop unsuryang ada di alam; kedua, gangguan antar-unsur dapatdiprediksi. Keuntungan lainnya, ICP-MS adalahmetode analisis multi unsur, yaitu dalam waktu yangbersamaan banyak (lebih dari 30) unsur dapatditentukan secara serempak, serta mempunyai bataspenentuan (limit detection) yang rendah (dalam ordenanogram = 10 -9 gram). Metode ini hanya memerlukancuplikan sedikit (dalam kuantitas puluhan hinggaratusan mg) dan dapat menentukan nisbah isotop secaracepat, hal ini disebabkan sistem pencacahan ion yangsangat cepat di dalam spektrometer massa. Lebih dari90% unsur-unsur yang tercantum dalam tabel periodikdapat ditentukan dengan ICP-MS. Selain untukpenentuan unsur, ICP-MS juga digunakan untukanalisis isotop (menentukan kelimpahan dan/ataunisbah = perbandingan isotop suatu unsur).Semula sistem ICP-MS hanya dapat menganalisiscuplikan dalam bentuk larutan, namun perkembanganICP-MS selanjutnya menggunakan teknologi laserablation untuk proses ionisasi, sehingga cuplikanpadatan dapat langsung dianalisis, tanpa pelarutan ataupenghancuran cuplikan terlebih dahulu. Berdasarkankelebihan-kelebihan ini metode ICP-MS banyakdigunakan untuk menentukan unsur kelumit (traceelements), yaitu unsur-unsur yang berkonsentrasi