Kuliah Spektr.sinar X

SPEKTROSKOPI SINAR-X

Oleh.Candra PurnawanPERTEMUAN I

Literatur: 1. skoog, Analitical Chemistry (fundamental principles) 2. Sibilia, J. P., 1996, Materials Characterization and Chemical Analysis, 2nd edition, VCH Publishers, Inc., New York3. Cristian, D. G., 1986, Instrumental Analysis, 2nd edition, Allyn and Bacon, Inc., Boston

Penilaian: Tugas = 20% Ujian KD I = 20% Ujian KDII = 20% Ujian KDIII = 20% Ujian KD IV = 20%

Materi Difraksi Sinar XFlouresensi Sinar XPrinsip dasar sinar X Sumber dan sifat sinar XRangkaian alat spektroskopi sinar XKegunaan dan aplikasiMetode analisaAbsorpsi Sinar X

Prinsip umumSeperti halnya spektroskopi optikal (UV-Vis, IR, dll), secara umum spektroskopi sinar X juga didasarkan pada interaksi antara materi dengan energi/gelombang elektromagnetik , dalam hal ini berupa sinar X.Jenis interaksinya antara lain:Ditransmisikan/diteruskanAbsorpsiEmisiScatteringDifraksiReflectancedll}Flouresensi

Panjang gelombang sinar X dari 10-1 sampai 100 tapi umumnya panjang gelombang yang digunakan adalah 0,1 sampai 25 .

Energy (keV)WavelengthDescription< 10-7cm to kmRadio waves< 10-3m to cmMicrowaves< 10-3m to mmInfrared light0.0017 0.0033380 - 750 nmVisible light0.0033 0.110 to 380 nmUltraviolet light0.1 - 1000.01 to 10 nmX-rays10 - 50000.0002 to 0.12 nmg - radiation

Perbedaan:

Karakter Sinar-XSinar-visibelEnergi (eV)1071 (nm)0,01 2,5nm350-800nmTransisi Elektron inner cellElektron valensi

Spektroskopi sinar X dibagi menjadi:Difraksi Sinar XAbsorpsi Sinar XFlouresensi Sinar X

Spektroskopi absorpsi sinar X dapat digunakan untuk uji kualitatif dan kuantitatif tapi saat ini kurang berkembang karena pengukuran absorbansi dapat digunakan jika sampel relatif bebas dari matrix pengganggu, membutuhkan teknik yang rumit sebelum analisa serta memakan waktu.Spektroskopi flouresensi sinar X dapat digunakan untuk analisa kualitatif dan kuantitatifSpektroskopi difraksi sinar X dapat digunakan untuk analisa kualitatif dan semikuantitatif

Emisi sinar XUntuk keperluan analisis, sinar X dihasilkan melalui 4 cara,yaitu:By bombardment of a metal target with a beam of high energy electronsBy exposure of substance to a primary beam of x-ray in order to generate a secondary beam of x-ray flouresenceBy using of radiation source whose decay process result in x-ray emmissionFrom synchrotron radiation source (synchrotron device a sub-atomic particle accelerator. A synchrotron is a particular type of cyclic particle accelerator in which the magnetic field (to turn the particles so they circulate) and the electric field (to accelerate the particles) are carefully synchronized with the travelling particle beam.)

Synchrotron

Tipe spektra sinar XSpektra radiasi kontinyu (white radiation or Bremsstrahlung)Spektra radiasi garis/diskrit (line radiation)PERTEMUAN II

Pembentukan sinar XRadiasi sinar X dihasilkan karena adanya perlambatan elektron,baik secara perlahan maupun secara tiba-tiba.Radiasi garis disebabkan oleh adanya perlambatan elektron (dari katoda) secara tiba-tiba sehingga energi yang dikeluarkan sangat besar.Radiasi kontinyu disebabkan oleh adanya perlambatan elektron (dari katoda) secara perlahan dan kontinyu.

Pembentukan radiasi garis sinar XDidalam tabung sinar X, elektron dihasilkan melalui pemanasan katoda dengan energi/tegangan yang besar sehingga elektron katoda lepas dan dengan kecepatan tinggi bergerak menuju anoda (logam target) sehingga terjadi tumbukan dan pelepasan elektron dari kulit dalam atom logam target sehingga terjadi kekosongan. Tempat kosong diisi elektron dari kulit yang lebih luar sambil mengemisikan energi yang disebut radiasi sinar-X.

Pembentukan sinar -X

Spektra radiasi garis(line radiation)Spektra garis biasanya dihasilkan pada potensial listrik/tegangan tinggiBiasanya digunakan untuk analisis material atau bahanTegangan minimum yang dibutuhkan untuk mengeksitasi elektron terdalam dari suatu element/atom dalam rangka menghasilkan spektrum garis meningkat sesuai dengan peningkatan nomor atomnya.Karakteristik

Karakteristik Panjang gelombang spektrum garis yang dihasilkan karakteristik terhadap nomor atomnya.Makin besar nomor atom,panjang gelombang spektra garis yang dihasilkan semakin pendek. Hal ini disebabkan karena semakin besar nomor atom, muatan inti (gaya tarik inti) semakin besar. Panjang gelombang karakteristik radiasi garis tidak tergantung pada keadaan fisik atau kimia element (target) karena transisi elektron yang terjadi melibatkan elektron yang tidak memegang peranan dalam suatu ikatan (elektron valensi). Kecuali untuk element-element ringan (nomor atom kecil).

Karakteristik Berdasarkan panjang gelombangnya spektra garis dibagi menjadi spektra garis K, L, M, dst (level). Spektra garis K atom dengan nomor atom besar memiliki Pajang gelombang lebih kecil (energi lebih besar) daripada spektra garis K atom ringan (NA rendah)Perbedaan energi antar level secara reguler meningkat sesuai peningkatan nomor atom/muatan intinya. Perbedaan energi K-L > L-M, dst. Tapi perbedaan energi antara 1 - 2 atau 1-2 tidak berbeda signifikan

Spektra radiasi kontinyu (white radiation or Bremsstrahlung)Spektra kontinyu biasanya dihasilkan pada potensial listrik rendahBiasanya digunakan dalam bidang kesehatanBatas panjang gelombang pendek (short wavelength limit, o) radiasi kontinyu yang dihasilkan tergantung pada Potensial yang diberikan dan tidak begitu tergantung pada jenis logam target

Berdasarkan pers. Duane-Hunt:E = hvo = hc/o = Veo = 12.398/VContoh. o spektrum yang dihasilkan molybdenum pada V = 35 kV sama dengan o spektra yang dihasilkan tungsten pada tegangan yang sama. Namun, untuk logam target yang lain, o yang relatif sama bisa diperoleh pada tegangan yang berbeda.

Lanjutan.

Pembentukan radiasi kontinyuSebelum elektron dari katoda bertumbukan dengan elektron terdalam logam target, elektron dari katoda mengalami perlambatan secara kontinyu yang disebabkan oleh tumbukan (singgungan) yang berurutan dengan atom-atom logam target maupun oleh awan-awan elektron dikulit lebih luar logam target. Selama proses perlambatan tersebut,terdapat energi yang dilepaskan. Energi tersebut adalah energi kinetik (Ve) yang diubah menjadi energi foton sinar X.

Kemungkinan lain terbentuknya radiasi kontinyu karena elektron dari katoda tidak selalu dapat melepaskan elektron kulit terdalam atom-atom logam target. Sebagian energi elektron dari katoda diserap oleh awan-awan elektron kulit luar logam target. Elektron-elektron tersebut tereksitasi kemudian kembali ke posisi semula dengan melepaskan sejumlah energi foton.Energi foton yang terbentuk sama dengan perbedaan energi kinetik sebelum dan sesudah tumbukan. Energi foton yang dilepaskan berbeda dan bervariasi secara kontinyu dari masing-masing tumbukan pada range tertentu.

Physics of X-rays: OriginContinuous radiation

Physics of X-rays: OriginPhotoelectric radiationK-RadiationL-Radiation

Difraksi sinar X (XRD)XRD Spectr. merupakan metode analisa nondestruktif yang didasarkan pada pengukuran radiasi sinar-X yang terdifraksi oleh bidang kristal ketika terjadi interaksi antara suatu materi dengan radiasi elektromagnetik sinar X. Suatu kristal memiliki kisi kristal tertentu dengan jarak antar bidang kristal (distance between atomic layers in a crystal, d) spesifik juga sehingga bidang kristal tersebut akan memantulkan/difraksi radiasi sinar X dengan sudut-sudut tertentu.Sehingga pola difraksi sinar X ini bersifat spesifik terhadap suatu kristal tertentu sehingga dapat digunakan sebagai sidik jari/identifikasi.PERTEMUAN II

KRISTAL?????Kristal adalah Zat atau senyawa yang atom-atomnya tersusun menurut pola yang berulang secara 3 dimensi.Kisi kristal adalah kumpulan titik dalam ruang yang tersusun sedemikian rupa sehingga setiap titik mempunyai keliling yang identik.Satuan unit sel adalah bagian terkecil dari kisi kristal

CAT: Jangan campur adukkan atomdengan titik kisiTitik kisi adalah titik diruangAtomadalah objek fisikAtomtidak harus terletak dititik kisi

Sistem kisi kristal

Jarak antar bidang, d

Dasar teoriHipotesis Laue : Jika sinar-X dengan panjang gel. yang sama dengan jarak antara bidang kristal maka sinar tersebut akan didifraksi oleh bidang tersebutBragg : Jika dua berkas sinar-X paralel mengenai bidang-bidang kristal yang sama dengan jarak antara bidang kristal d, maka perbedaan jarak yang ditempuh oleh kedua sinar-X tersebut sebanding dengan panjang gelombang.

Proses DifraksiKetika muka gelombang bidang mengenai celah sempit (lebar celah lebih kecil dari panjang gelombang), maka gelombang tersebut akan mengalami lenturan sehingga terjadi gelombang-gelombang setengah lingkaran yang melebar di belakang celah. Peristiwa ini dikenal dengan difraksi. Difraksi merupakan pembelokan cahaya disekitar suatu celah atau penghalang

Dalam XRD, atom atau ion yang berada pada titik kisi berfungsi sebagai penghalang yang akan mendifraksi sinar X sehingga pembahasan difraksi dalam XRD sedikit berbeda dengan proses difraksi formal.Difraksi terjadi bila panjang gelombang sinar yang digunakan seorde dengan jarak antar titik kisi. Jarak antar atom dalam kristal dalam orde .The atomic planes of a crystal cause an incident beam of X-rays to interfere (contructive&destructive) with one another as they leave the crystal. The phenomenon is called X-ray diffraction.

Difraksi Gelombang

Difraksi oleh kristal

HUKUM BRAG & DIFRAKSIPola difraksi atau difraktogram tergantung pada interferensi gelombang yang adaInterferensi gelombang : Konstruktif dan destruktifHukum Bragg hanya berlaku jika 2 gelombang atau lebih menghasilkan interferensi konstruktifInterferensi konstruktif terjadi bila beda lintasan (jarak antar bidang kristal) sama dengan kelipatan bilangan bulat dari panjang gelombang (dalam hal ini sinar X)

Matter (e-) or radiation (photons) in our probe interacts with matter (sample) as waves.http://ase.tufts.edu/chemistry/sykes/stephen/images/diffraction2.JPGdiffracting objects slits on top and grating on the bottom. All samples can be considered diffracting objects. Most samples are irregular so they make an irregular diffraction pattern. A grating consists of regularly spaced parallel lines so it makes a regular diffraction pattern. bright spotdark spotfrom Murphy 2001The figure at bottom right is a diagram of a grating being imaged by a transmission, whole image at once (not scanning) type microscope. Notice that the diffraction pattern from the grating does appear at the back focal plane of the objective lens. The energy from this pattern is focused onto the image plane as an image of the object, in this case the grating. image of grating

Pola difraksi

Intensitas utama menajam dengan meningkatnya N (jumlah celah atau penghalang)

HUKUM BRAG & DIFRAKSI

Intensitas dari pola difraksi celah tunggal dengan lebar aIntensitas dari pola interferensi dua celah yang terpisah oleh jarak dIntensitas dari pola difraksi dua celah dengan lebar celah a, yang terpisah oleh jarak dDifraksi dari dua celah

Hukum Bragg2 d sin = d = jarak antar bidang kristal = sudut difraksi= panjang gelombang ( tetap tergantung logam target)Ataud = / 2 sin d berubah maka berubah

Miller Indices: hkl - ReviewOrientasi bidang kristal yang mendifraksi sinar X dalam kisi kristal dapat dinyatakan oleh lambang menurut sistem millerIndeks Miller didefinisikan sebagai kebalikan dari fraksi potongan yang dibuat bidang dengan sumbu kristalografi. Peak difraktogram dengan indek Miller tertentu merupakan bidang yang mendifraksi sinar X

Indeks Miller

Indeks Miller

Instrumentasi Difraksi sinar X (XRD)Sumber sinar dan pendinginFilter dan monokromator (yg terdiri dari collimator dan kristal)Tempat sampelSlit/celahDetektor Signal processor dan rekorder

PERTEMUAN IV

Bruker Instrumentation General components: A diffractometer may show the following components Radiation source Primary beam monochromator(s) Primary beam slit(s) Sample attachment Secondary beam slit(s) Secondary beam monochromator Beam tubes Detector Goniometer Electronic control unit Water supply Radiation shielding

SUSUNAN ALAT

A = PendinginB = Tabung sinar-xC = Tempat sampelD = GoniometerE = Silt/celahF = Detektor

Sumber sinarTabung sinar XSumber fluoresen sekunder (sinar X sekunder)Radioisotop Synkrotron elektron

Filter dan MonokromatorProduksi sinar yang relative monokromatis dalam XRD biasanya menggunakan suatu logam filter Namun terkadang penggunaan filter kurang monokromatis shg perlu adanya monokromator tambahan yang terdiri dari collimator (mengandung plat logam) dan crystalCara kerja logam filter: menyerap sebagian radiasi dan seluruh radiasi sehingga intensitas radiasi berkurang dan radiasi tidak muncul kembali. Dengan demikian hanya radiasi yang terdifraksi oleh sampel. Tapi sebenarnya,radiasi terdiri dari 1 dan 2 dimana intensitas 1> 2 dan terkadang radiasi 2 tidak bisa dihilangkan oleh logam filter. Akibatnya,sering ditemukan puncak difraksi yang terseplit meskipun hanya sedikit.

Jenis logam target dan filter:Logam targetMoCuCoFeCr

Logam FilterZrNiFeMnV

Sampel dan metode difraksiSampel dalam analisis XRD adalah padat.Metode difraksi dalam analisis XRD:Kristal tunggal terbatas kristal tertentu saja yang dapat dibuat sebagai kristal tunggalBubuk /powder lebih luas, karena semua padatan kristalin dapat dibuat bubukTempat sampel terdapat didalam goniometer

Slit/celahBerfungsi untuk memfokuskan/mengatur sinar datang maupun sinar hasil difraksi sinar X oleh sampel sehingga mudah dibaca oleh detektor.

Detektor(Trandusers)Berfungsi untuk mendeteksi sinar hasil difraksi sampel.Sinar X yang terdifraksi dapat dideteksi menggunakan :Photographic film dan (1)Detektor/tranduser/difraktometer yang mengubah energi radiasi menjadi suatu sinyal elektrik. (2)Photon counter adalah detektor yang langsung menghitung energi foton yang ada (untuk sinar yang memiliki intensitas relatif rendah) (3)

Photographic film (1)

Detektor gasIonization chambersProportional counterGeiger tubeDetektor lain:Scintillation counterSemikonductor tansdusers

Jenis detektor/trandusers (2)

Detektor gas (gas filled trandusers)

Tabung berisi gas seperti argon, xenon, atau kripton yang sensitif terhadap sinar X serta katoda dan anoda.Atom gas akan terionisasi saat terkena sinar X yang terdifraksi sehingga terbentuk muatan positif dari atom gas dan elektron yang bermuatan negatif sehingga terjadi aliran elektron. Dibawah potensial kerja yang diberikan, elektron bergerak menuju anoda dan kation ke katoda sehingga menghasilkan arus listrik. Kemudian arus listrik diubah menjadi signal oleh signal processor. Tanpa adanya potensial kerja yang diberikan, dimungkinkan terjadinya peristiwa recombination antara kation dengan elektron yang dapat menyebabkan signal yang ditimbulkan rendah shg sensitivitas detektor rendah. Semakin besar potensial kerja yang diberikan,maka elektron dan aliran elektron yang dihasilkan semakin besar sehingga arus yang ditimbulkan semakin besar.Detektor gas (gas filled trandusers)

Detektor gasIonization chambersPotensial kerja berada pada daerah sekitar 120-400 volt. Jumlah elektron yang mencapai anoda adalah konstan dan representatif terhadap jumlah total elektron yang terbentuk oleh radiasi photon tunggal.Proportional counterPotensial kerja berada pada daerah sekitar 800-1050 volt. Pada penggunaan potensial kerja tersebut, jumlah elektron meningkat dengan tajam yang disebabkan oleh tabrakan antara elektron yang terbentuk dan molekul gas sehingga terbentuk pasangan ion sekunder. Akibatnya terjadi pembesaran arus shg sinyal mudah dideteksi.Geiger tube Potensial kerja berada pada daerah sekitar 1100-1600 volt.

Scintillation counterDetektor/tranducer jenis ini didasarkan pada peristiwa luminescence atau phosphorisensi .Bahan yang paling banyak digunakan sebagai detektor jenis ini adalah kristal NaI yang teraktivasi oleh Thalium Iodida 0,2%, NaI+(stilbene/anthracene/terphenyl)Kilasan cahaya yang dihasilkan dalam kristal scintillator ditransmisikan ke tabung photokatoda dan kmd dikonversi ke dalam sinyal elektrik/listrikJumlah photon yang dihasilkan scintillator proporsional thd radiasi yang mengenai scintillator

Semikonductor tansdusersBahan yang digunakan seperti lithium-drifted silicon Si(Li), lithium-drifted Germanium Ge(Li)Detektor ini didasarkan pada perubahan sifat konduktivitas bahan semikonduktor detektorAbsorbsi photon oleh bahan semikonduktor detektor (silikon) menyebabkan elektron berpindah ke pita konduksi yang ditandai dengan meningkatnya konduktivitas. Ketika potensial (V) dikenakan pada kristal maka sinyal arus akan menyertai tiap2 photon yang diserapDimana ukuran sinyal ini proporsional thd energi photon yang diserap.

Photon Counter (3)Sinyal energi foton yang memiliki kuantitas tertentu ditangkap oleh detektor kemudian dicatat secara digital dalam satuan jumlah per satuan waktu.Photon counter membutuhkan waktu respon yang cepat dari suatu transduser dan signal processor sehingga kedatangan single photon dapat dicacah dan dicatat secara akurat.Teknik ini sangat akurat untuk sinar (energi photon) dengan intensitas rendah. Pada peningkatan intensitas sinar dan waktu respon yang cepat, dimungkinkan terjadinya overlap photon pulse sehingga mempengaruhi akurasi dan ketelitiannya.Pemisahan signal dari noise dapat dilakukan dengan penambahan alat pulse-height descrinimator.

PERSIAPAN ANALISISSampel : Bentuk : serbuk, lembaran, platJenis : oksida logam. polimer, mineral, seny.organikPerlakuan sampel :Sampel padatan dibersihkan dari pengotorDikeringkanDihaluskan : 10-250 mesh PERTEMUAN V

Contoh difraktogram

DATA DIFRAKSI = POLA DIFRAKSIDifraktogram XRD merupakan data 2 versus intensitas. Sedangkan data yang lain adalah jarak antar bidang (d), intensitas (I), dan intensitas relatif (I/I1)2 atom yang sama akan berbeda jika sumber yang digunakan berbeda. Hal ini disebabkan karena yang dihasilkan dari kedua sumber tersebut berbeda. Namun, d yang akan diperoleh relatif akan sama. Oleh karena itu, dalam analisis diupayakan menggunakan sumber yang sama

DATA DIFRAKSI = POLA DIFRAKSIPerbedaan bentuk peak dalam XRD meliputi dalam hal intensitas, posisi, dan lebar peak.Intensitas difraktogram dipengaruhi oleh kuantitas sampel dan derajat kristalinitas (tingkat keteraturan penempatan atom-atom dalam unit sel dan kisi kristal)Pelebaran peak disebabkan rendahnya derajat kristalinitas sampelPerbedaan posisi peak menunjukkan perbedaan jarak antar bidang (d). Jika posisi 2 semakin besar maka jarak d semakin kecil.

Kegunaan metode difraksi sinar-xPenentuan struktur kristal : Bentuk dan ukuran sel satuan kristal (d, sudut, dan panjang ikatan), Pengideks-an bidang kristal,Jumlah atom per-sel satuan Analisis kimia : Identifikasi/Penentuan jenis kristalPenentuan kemurnian relatif dan derajat kristalinitas sampelDeteksi senyawa baru4. Deteksi kerusakan oleh suatu perlakuan

Cara analisis kualitatif 1.Buat pola difraksi sampel : 2 lawan intensitas2. Semua harga 2 dari setiap puncak dirubah menjadi harga d sesuai hukum Bragg3. Intensitas semua puncak dibuat relatif (I/I1)4. Tiga harga d dari puncak terkuat dibandingkan dengan data standar atau data JCPDS. Jika ada kecocokkan, harga d yang lain juga dicocokkan, berarti jenis sampel sama dengan standar. 2,3,DAN 4 DAPAT DILAKUKAN : pola difraksi sampel dibandingkan dengan pola difraksi standar atau dg hasil penelitian terdahulu jika senyawa analit belum ada standarnya.

Contoh.Jika terdapat data difraktogram dari hasil pengolahan logam Cu sbb:Langkah selanjutnya adalah mencocokkan dengan data standar atau data JCPDS yang memiliki kemiripan pola difraksi. WARNING! Peneliti harus sudah mengetahui latar belakang data sampel tersebut sehingga dapat memprediksi senyawa2 apa saja yang terbentuk dalam sampel tersebut.

d ()I/I13,0152,47702,13302,091001,80501,50201,29101,28201,2251,08201,0450,9850,9150,83100,8110

Pertama kali, ambil standart2 yang memiliki intensitas relatif terkuat pada harga d yang hampir sama. Bandingkan d dan intensitas relatif dari 3 atau lebih peak terkuat antara sampel dan standart. Misalnya standar pertama yang paling mendekati pola sampel adalah Cu,bandingkan keduanya. Dari perbandingan pola di atas, dapat disimpulkan bahwa salah satu komponen atau senyawa dalam sampel adalah logam Cu murni.

Pola sampelPola standart Cud ()I/I1d ()I/I13,0152,47702,13302,09*1002,0881001,80*501,808461,50201,278201,29101,090171,28*201,043651,2250,903831,08200,829391,0450,808380,9850,9150,83100,8110

Kemudian intensitas relatif sisa pola sampel disesuaikan sehingga peak terkuat yang ada menjadi 100%.Kemudian bandingkan dengan standar yang kedua, dimana keduanya memiliki peak terkuat pada harga d yang sama.Dari perbandingan pola di atas, dapat disimpulkan bahwa komponen atau senyawa lain dalam sampel adalah Cu2O.

Sisa Pola sampelPola sample yang disesuikanPola Cu2Od ()I/I1d ()I/I1d ()I/I13,0153,0173,02092,47702,47*1002,4651002,13302,13*432,135371,74311,50201,50*291,510271,29101,29141,287171,2251,2271,23341,067420,9850,9870,979540,954830,871530,82163

Cara kedua: Dengan cara membandingkan pola difraksi atau difraktogram sampel dengan standar

Dari data d XRD, kita menentukan:Ukuran sel satuan bila jenis kristalnya sudah teridentifikasi jumlah atom/ion/molekul persatuan sel jika massa jenis dan ukuran sel diketahuiPersamaan yang digunakan:Persamaan BraggJarak antar bidang (d)Persamaan massa jenis, = n.Mw/V. N, N = bil.Avogadro = 6,022. 1023.

Contoh.Misalnya suatu sinar X dengan logam target Pd memiliki = 58,1 pm, direfleksikan oleh bidang d200 dari senyawa NaCl yang memiliki kisi kristal kubus pada sudut = 5,91. Hitung d200 dan panjang sisi sel satuan kristal NaClJika pada 25 oC NaCl memiliki massa jenis 2,163 x 103 kg/m3. hitung jumlah atom per satuan sel

Jawaban d = / 2 sin 1/d2 = (h2+k2+l2)/a2 ,diperoleh aVkubus = a3 = n.Mw/V. N, diperoleh n

Contoh identifikasiSuatu perlakuan dalam penelitian dapat berbanding lurus atau terbalik terhadap kristalinitas sampel. Kristalinitas suatu sampel dapat menurun dengan peningkatan suhu tapi bagi sampel lain bisa saja kenaikan suhu meningkatkan kristalinitas.

Deteksi kerusakan oleh suhuKenaikkan suhu menyebabkan penurunan intensitas penurunan kristalinitas kerusakan struktur kristal

Deteksi kerusakan kristal oleh perubahan pHPenurunan pH meningkatkan kerusakan struktur kristal zeolit

Deteksi senyawa baru dan tingkat kemurnianPembuatan MgAl2O4 : dengan cara mereaksikan padatan MgO +Al2O3pada suhu lebih rendah hasil belum murniSuhu tinggi kemurnian hasil tinggi

Deteksi senyawa baru dan tingkat kemurnian

Deteksi kisi2 kristal suatu senyawaGambar (a.) Difraktogram grafit/TiO2 (b.) Difraktogram grafit/TiO2/Cu hasil sintesisKeterangan:A : TiO2 AnataseR : TiO2 RutilCu : Logam Cu(a)(b)

Jika kristalinitas kitin-kitosan dipengaruhi Interaksi intra&intermolekuler Interaksi intramolekulerInteraksi intermolekuler

Maka coba analisalah gambar di bawah ini!Difraktogram kitin dan kitosan pada variasi konsentrasi NaOH

Spektra IR kitosan-Ag

Maka ?????

Difraktogram kitosan-Ag

Komposit kitosan- vanilin/lempung

Fluoresensi sinar X (XRF)X-ray fluorescence (XRF) is the emission of characteristic "secondary" (or fluorescent) X-rays from a material that has been excited by bombarding with high-energy X-rays or gamma rays. The secondary radiation is much weaker than the primary beamThe term fluorescence is applied to phenomena in which the absorption of higher-energy radiation results in the re-emission of lower-energy radiation. PERTEMUAN VI

Fluoresensi sinar X (XRF)PrinsipKetika sinar X dengan energi tertentu mengenai suatu atom, maka elektron kulit dalam dapat tereksitasi ataupun terlempar keluar kemudian elektron kulit yang lebih luar dapat mengisi kekosongan elektron tersebut dengan melepaskan energi foton dengan energi atau tertentu. Atom-atom yang berbeda akan melepaskan energi foton dengan berbeda pula sesuai dengan nomor atomnya. Oleh karena itu, energi foton yang dikeluarkan oleh masing-masing atom bersifat karakteristik. Sedangkan intensitas sebanding dengan jumlah atom yang ada sehingga dapat dijadikan dasar analisa semikuantitatif/kuantitatif menggunakan XRF.

Deteksi radiasi fluoresentDeteksi energi foton dari sinar radiasi (energy dispersive analysis)Deteksi panjang gelombang dari sinar radiasi (wavelenght dispersive analysis)

Applications X-Ray fluorescence is used in a wide range of applications, including :research in igneous, sedimentary, and metamorphic petrology soil surveys mining (e.g., measuring the grade of ore) cement production ceramic and glass manufacturing metallurgy (e.g., quality control) environmental studies (e.g., analyses of particulate matter on air filters) petroleum industry (e.g., sulfur content of crude oils and petroleum products) field analysis in geological and environmental studies (using portable, hand-held XRF spectrometers)

StrengthsNondestructive, simple and high sensitivityQualitative, semi-quantitative, and quantitative analysis of material composition.bulk chemical analyses of major elements (Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P) in rock and sediment bulk chemical analyses of trace elements (in abundances >1 ppm; Ba, Ce, Co, Cr, Cu, Ga, La, Nb, Ni, Rb, Sc, Sr, Rh, U, V, Y, Zr, Zn) in rock and sediment - detection limits for trace elements are typically on the order of a few parts per millionThe sample can be in any shape (powder, pellet, film, fiber) and state (liquid, solid, suspension)

Perlu disadari bahwa sinar X yang dihasilkan dalam proses fluorescence (sinar X sekunder) tidak hanya tergantung pada atom-atom yang ada dipermukaan tapi juga tergantung pada atom-atom yang berada pada lapisan berikutnya. Hal ini memungkinkan terjadinya absorpsi dan scattering oleh atom-atom yang lain sehingga intensitas sinar X fluorescence yang mencapai detektor mengalami penyimpangan (tidak sesuai dengan yang sebenarnya). Intensitas sinar X fluorescence yang mencapai detektor dipengaruhi oleh konsentrasi dan koefisien absorpsi dari matriks dan analit.Matrix effects

Matrix effectsAbsorption effectsJika matrik antara sampel dan standart sama (jenis dan jumlah) maka adanya efek ini menyebabkan intensitas dan konsentrasi analit yang diperoleh lebih kecil. Namun jika matrik antara sampel dan standart tidak sama maka intensitas dan konsentrasi analit yang diperoleh bisa lebih tinggi atau lebih rendah dari yang sebenarnya.Jika matrik dalam sampel jauh lebih besar/kuat dalam mengabsorpsi sinar X yang datang dan sinar X sekunder yang dihasilkan oleh analit dibandingkan matriks dalam standart maka intensitas dan konsentrasi analit akan lebih kecil dari yang sebenarnya. Sebaliknya, Jika matrik dalam sampel jauh kecil/lemah dalam mengabsorpsi sinar X yang datang dan sinar X sekunder yang dihasilkan oleh analit dibandingkan matriks dalam standart maka intensitas dan konsentrasi analit akan lebih besar dari yang sebenarnya.

Matrix effectsEnhancement effectsEfek ini menyebabkan konsentrasi analit lebih besar dari yang sebenarnya.Efek ini terjadi ketika sinar X sekunder yang dihasilkan analit terbentuk karena sinar X sekunder dari atom lain dalam matriks. Sehingga terjadi keberulangan pembentukan sinar X sekunder dari analit dan menyebabkan intensitas dan konsentrasi analit lebih besar dari yang sebenarnya.

Qualitative analysisSPECTRA: Abscissa for wavelenght dispersive instrument is often ploted in term of the angle 2, which can be readily converted to wavelenght with knowledge of the crystal spacing of the monochromator (see braggs equation)Abscissa for energy dispersive instrument is often ploted in term of the energy.Identification of peaks is then accomplished by reference to table of emission lines of elements.

Semi-Quantitative analysisQualitative information can be converted to semiquantitative data by careful measurement of peaks height to obtain a rough estimate of concentration by following equation:Px = Ps.WxPx = relative line intensity of element in samplePs = relative line intensity of pure element or standard sample of known compositionWx = fraction of weight (Wsample/Wtotal)

Quantitative analysisCalibration against standardsUse of internal standardsDilution of samples and standardsPowder (min 100 mesh=150 mikron)Press pelletFused beadsPreparasi sampel

INSTRUMENT

X-ray Absorption (XRA)Prinsip merupakan metode yang didasarkan pada absorpsi sinar X oleh suatu sampel. Sampel sampel dapat berupa padat dan cair.SpektraSpektra XRA tampak sebagai spektra diskontinyu tajam atau yang disebut absorption adge, sebagai fungsi versus koefisien massa absorpsi. Puncak pd tertentu adl karakteristik thd elemen/atom tertentu dan umumnya tdk tergantung pada keadaan fisik dan kimia

Koefisien absorpsi massaLn Po/P = M..xM = koefisien absorpsi massa yang merupakan penjumlahan fraksi berat dari komponen2 yang ada dalam sampel. Besaran ini tdk tergantung pada keadaan fisik dan kimia dari elemen/atom yang dianalisaM = Wa. a + Wb. b+..; W=fraksi berat, =koef.absorpsi linierdan bersifat karakteristik thd NA elemen/atom = densisitas sampelx = ketebalan

Kelebihan & Kelemahan Spektroskopi absorpsi sinar X dapat digunakan untuk uji kualitatif dan kuantitatif tapi saat ini kurang berkembang karena pengukuran absorbansi dapat digunakan jika sampel relatif bebas dari matrix pengganggu, membutuhkan teknik yang rumit sebelum analisa serta memakan waktu dibandingkan XRFUmumya akurat untuk pengukuran single element dengan NA besar dan matrik dengan NA rendah. Mis: penentuan Pb di bensin, S dan halogen dalam hidrokarbon.

INSTRUMENT

Instrumentasi spektroskopi sinar-XAbsorpsi dan Flouresensi sinar XSumber sinar dan pendinginTempat sampelSlit/celah/collimatorFilter/monokromatorSlit/celah/collimatorDetektor (counter dan scaler)Rekorder

*