View
245
Download
1
Category
Preview:
DESCRIPTION
Pembahasan mengenai X-Ray Fluoresence. Merupakan tugas dari mata kuliah Instrumentasi 2. Pada ebook ini terdapat teori dasar mengenai alat XRF, cara kerja, dan analisis data yang dihasilkan dari XRF.
Citation preview
UNIVERSITAS INDONESIA
X-Ray Fluoresence
TULISAN ILMIAH
Muhammad Arfiadi Pratama (1206238936)
Giri Yudho Prakoso (1206237463)
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
DEPARTEMEN FISIKA
DEPOK
2015
2
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan
pertolonganNya kami dapat menyelesaiakan karya ilmiah yang berjudul ‘X-Ray
Fluoresence’. Meskipun banyak rintangan dan hambatan yang kami alami dalam
proses pengerjaannya, tapi kami berhasil menyelesaikannya dengan baik.
Tak lupa kami mengucapkan terimakasih kepada dosen pembimbing yang telah
membantu kami dalam mengerjakan proyek ilmiah ini. Kami juga mengucapkan
terimakasih kepada teman-teman mahasiswa yang juga sudah memberi kontribusi
baik langsung maupun tidak langsung dalam pembuatan karya ilmiah ini.
Tentunya ada hal-hal yang ingin kami berikan kepada masyarakat dari hasil karya
ilmiah ini. Karena itu kami berharap semoga karya ilmiah ini dapat menjadi sesuatu
yang berguna bagi kita bersama.
Semoga karya ilmiah yang kami buat ini dapat membuat kita mencapai kehidupan
yang lebih baik lagi.
Depok, 24 Februari 2015
Penulis
3
ABSTRAK
Nama : Muhammad Arfiadi Pratama (1206238936)
Giri Yudho Prakoso (1206237463)
Program Studi : Fisika
Judul : X-Ray Fluoresence
Tulisan ilmiah ini membahas tentang X-Ray Fluoeresence, Spektroskopi XRF
adalah teknik analisis unsur yang membentuk suatu material dengan dasar interaksi
sinar-X dengan material analit. Teknik ini banyak digunakan dalam analisa batuan
karena membutuhkan jumlah sample yang relative kecil ( sekitar 1 gram). Teknik
ini dapat digunakan untuk mengukur unsure-unsur yang tertutama banyak terdapat
dalam batuan atau mineral.
Kata kunci:
XRF, X-Ray, Bragg, Fluoresence, Spektroskopi
4
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................................................ 2
ABSTRAK.......................................................................................................................... 3
DAFTAR ISI....................................................................................................................... 4
BAB I .................................................................................................................................. 5
PENDAHULUAN .............................................................................................................. 5
1.1. LATAR BELAKANG ........................................................................................ 5
1.2. TUJUAN ............................................................................................................. 5
1.3. MANFAAT......................................................................................................... 5
1.4. RUMUSAN MASALAH .................................................................................... 5
BAB II................................................................................................................................. 6
PEMBAHASAN ................................................................................................................. 6
2.1. PRINSIP DASAR ............................................................................................... 6
2.1.1. Sinar – X ..................................................................................................... 6
2.1.2. Pencacahan Sinar-X .................................................................................... 6
2.1.3. Persamaan Bragg......................................................................................... 7
2.1.4. Rancangan Instrumentasi ............................................................................ 8
2.1.3. Jenis X-Ray Fluoresence ............................................................................. 9
2.2. APLIKASI ........................................................................................................ 10
2.3. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN ............................................................. 11
2.3.1. Kelebihan .................................................................................................. 11
2.3.2. Kekurangan ............................................................................................... 11
BAB III ............................................................................................................................. 12
KESIMPULAN................................................................................................................. 12
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................... 13
5
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. LATAR BELAKANG
Perkembangan nanoteknologi terus dilakukan oleh para peneliti dari dunia
akademik maupun dari dunia industri. Para peneliti seolah berlomba untuk
mewujudkan karya baru dalam dunia nanoteknologi. Salah satu bidang yang
menarik minat banyak peneliti adalah pengembangan metode sintesis nanopartikel.
Nanopartikel dapat terjadi secara alamiah ataupun melalui proses sintesis oleh
manusia. Sintesis nanopartikel bermakna pembuatan partikel dengan ukuran yang
kurang dari 100 nm dan sekaligus mengubah sifat atau fungsinya. Orang umumnya
ingin memahami lebih mendalam mengapa nanopartikel dapat memiliki sifat atau
fun gs i yan g b er b ed a d ar i m at e r i a l s e j en i s da l am uku r an bes a r .
1.2. TUJUAN
1. Mengetahui prinsip dasar X-Ray Fluoresence
2. Mengetahui aplikasi X-Ray Fluoresence di dunia instrumentasi.
3. Mengetahui kelebihan dan kekurangan dari X-Ray Fluoresence
1.3. MANFAAT
1. Penulis dapat memahami prinsip dasar X-Ray Fluoresence.
2. Penulis dapat mengetahui aplikasi X-Ray Fluoresence di dunia
instrumentasi.
3. Penulis dapat mengetahui kelebihan dan kekurangan dari X-Ray
Fluoresence.
1.4. RUMUSAN MASALAH
1. Bagaimana prinsip dasar X-Ray Fluoresence?
2. Bagaimana aplikasi X-Ray Fluoresence dalam dunia instrumentasi?
3. Apa saja kelebihan dan kekurangan dari X-Ray Fluoresence?
6
BAB II
PEMBAHASAN
2.1. PRINSIP DASAR
2.1.1. Sinar – X
SinarX adalah gelombang Elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 0,
52, 5 A . SinarX dihasilkan dari tumbukan elektron berkecepatan tinggi dengan
logam sasaran. Oleh karena itu, suatu tabung sinarX harus mempunyai suatu
sumber elektron, voltase tinggi, dan logam sasaran. Selanjutnya elektron electron
yang ditumbukan ini mengalami pengurangan kecepatan dengan cepat dan
energinya dirubah menjadi foton
2.1.2. Pencacahan Sinar-X
Dasar analisis alat X-Ray Fluorescent ini adalah pencacahan sinar x yang
dipancarkan oleh suatu unsur akibat pengisian kembali kekosongan elektron pada
orbital yang lebih dekat dengan inti (karena terjadinya eksitasi elektron) oleh
elektron yang terletak pada orbital yang lebih luar.
Ketika sinar x yang berasal dari radioisotop sumber eksitasi menabrak elektron dan
akan mengeluarkan elektron kulit dalam, maka akan terjadi kekosongan pada kulit
itu. Elektron dari kulit yang lebih tinggi akan mengisi kekosongan itu. Perbedaan
energi dari dua kulit itu akan tampil sebagai sinar X yang dipancarkan oleh atom.
Spektrum sinar X selama proses tersebut menunjukan peak/puncak yang
karakteristik, dimana setiap unsur akan menunjukkan peak yang karakteristik yang
merupakan landasan dari uji kualitatif untuk unsur-unsur yang ada dalam sampel.
Tahap 1 :
Ketika photon X-Ray memiliki energy yang cukup untuk menabrak atom, ini
menyebabkan electron terlepas dari kulitnya (dalam hal ini Kulit K)
Tahap 2:
7
Atom akan mengisi kekosongan pada kulit K dengan electron dari kulit L; sebagai
penurunan electron ke tingkat energy rendah dan melepaskan energy yang disebut
K alfa X-Ray.
Tahap 3:
Atom mengisi kekosongan kulit K dengan electron dari kulit M, sebagai penurunan
electron ke tingkat energy rendah, dan melepaskan energy yang disebut K betha X-
ray.
Gambar 2.1.1 - Prinsip Dasar XRF
2.1.3. Persamaan Bragg
Persamaan Bragg diberikan sebagai arah dari kristal difraksi sinar-X dari
persamaan.
2dsinθ = nλ, n = 1,2,3,4, ….
Dimana, d adalah jarak interplanar, θ adalah insiden sinar-X dan sudut sesuai
bidang kristal, λ adalah panjang gelombang sinar-X, n adalah urutan difraksi, dan
artinya adalah: iradiasi hanya dua pesawat yang berdekatan dari perbedaan jalur
optik adalah n kali panjang gelombang hanya difraksi sinar-X. Persamaan di atas
menunjukkan bahwa ketika kristal pesawat sinar-X memenuhi hubungan geometris
antara, intensitas difraksi sinar-X akan memperkuat satu sama lain.
8
2.1.4. Rancangan Instrumentasi
Gambar 2.1.2 Box Diagram Dari X-Ray Source (Tabung Sinar-X)
X-Ray Source. Electron energy tinggi ditembakkan pada anoda (biasanya terbuat
dari Ag atau Rh). Energy eksitasi dapat bervariasi dari 15-50 kV dan arusnya 1-200
µA.
Silicon Drift Detector (SDD) and digital pulse processor. Energy dispersive, multi
channel analyzer tidak monokromatik , inilah yang diperlukan. Energy foton dalam
keV adalah terkait dengan jenis elemen. Tingkat emisi (cps) berhubungan dengan
konsentrasi unsur.
Perangkat lunak analyzer mengkonversi data spectral untuk pembacaan hasil secara
langsung. Konsentrasi unsur ditentukan dari data kalibrasi pabrik, ketebalan sampel
seperti yang diperkirakan dari sumber backscatter , dan parameter lainnya.
Gambar 2.1.3 – Hasil Pengukuran pada X-Ray Fluoresence
9
2.1.3. Jenis X-Ray Fluoresence
2.1.3.1. Wavelength-dispresive X-Ray Fluoresence
Wavelength-dispersive X-Ray Fluoresence adalah jenis XRF dimana dispersi sinar-
X didapat dari difraksi dengan menggunakan analyzer yang berupa cristal yang
berperan sebagai grid. Kisi kristal yang spesifik memilih panjang gelombang yang
sesuai dengan hukum bragg.
Gambar 2.1.4 – Illustrasi Prinsip Kerja WDXRF
Sampel yang terkena radiasi sinar-X akan mengemisikan radiasi ke segala arah.
Radiasi dengan dengan arah yang spesifik yang dapat mencapai colimator.
Sehingga refleksi sinar radiasi dari kristal ke detektor akan memberikan sudut θ.
Sudut ini akan terbentuk jika, panjang gelombang yang diradiasikan sesuai dengan
sudut θ dan sudut 2θ dari kisi kristal. Maka hanya panjang gelombang yang sesuai
akan terukur oleh detektor. Karena sudut refleksi spesifik bergantung panjang
gelombang, maka untuk pengukuran elemen yang berbeda, perlu dilakukan
pengaturan posisi colimator, kristal serta detektor
2.1.3.2. Energy-dispersive X-Ray Fluoresence
EDXRF (Energy-dispersive X-ray Fluorescence) spektrometri bekerja tanpa
menggunakan kristal, namun menggunakan software yang mengatur seluruh
radiasi dari sampel kedetektor (PANalytical, 2009). Radiasi Emisi dari sample yang
dikenai sinar-X akan langsung ditangkap oleh detektor. Detektor menangkap foton
10
– foton tersebut dan dikonversikan menjadi impuls elektrik. Amplitudo dari impuls
elektrik tersebut bersesuaian dengan energi dari foton – foton yang diterima
detektor. Impuls kemudian menuju sebuah perangkat yang dinamakan MCA
(Multi-Channel Analyzer) yang akan memproses impuls tersebut. Sehingga akan
terbaca dalam memori komputer sebagai channel. Channel tersebut yang akan
memberikan nilai spesifik terhadap sampel yang dianalisa. Pada XRF jenis ini,
membutuhkan biaya yang relatif rendah, namun keakuratan kurang.
Gambar 2.1.5 – Illustrasi prinsip kerja EDXRF
2.2. APLIKASI
X-Ray fluoresensi digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk
penelitian di petrologi beku, sedimen, dan metamorf
survei tanah
pertambangan (misalnya, mengukur nilai dari bijih)
produksi semen
keramik dan kaca manufaktur
metalurgi (misalnya, kontrol kualitas)
lingkungan studi (misalnya, analisis partikel pada filter udara)
minyak industri (misalnya, kandungan sulfur minyak mentah dan
produk minyak bumi)
11
bidang analisis dalam studi geologi dan lingkungan (menggunakan
portabel, tangan memegang spektrometer XRF)
2.3. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN
2.3.1. Kelebihan
• Cukup mudah, murah dan analisanya cepat
• Jangkauan elemen Hasil analisa akurat
• Membutuhan sedikit sampel pada tahap preparasinya(untuk Trace elemen)
• Dapat digunakan untuk analisa elemen mayor (Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na,
K, P) maupun tace elemen (>1 ppm; Ba, Ce, Co, Cr, Cu, Ga, La, Nb, Ni, Rb, Sc,
Sr, Rh, U, V, Y, Zr, Zn)
• Akurasi yang tinggi
• Dapat menentukan unsur dalam material tanpa adanya standar
• Dapat menentukan kandungan mineral dalam bahan biologik maupun dalam
tubuh secara langsung
2.3.2. Kekurangan
Tidak cocok untuk analisa element yang ringan seperti H dan He
Analisa sampel cair membutuhkan Volume gas helium yang cukup besar
Preparasi sampel biasanya membutuhkan waktu yang cukup lama dan
memebutuhkan perlakuan yang banyak
Tidak dapat mengetahui senyawa apa yang dibentuk oleh unsur-unsur yang
terkandung dalam material yang akan kita teliti.
Tidak dapat menentukan struktur dari atom yang membentuk material itu.
12
BAB III
KESIMPULAN
1. XRF (X-ray fluorescence spectrometry) digunakan untuk identifikasi serta
penentuan konsentrasi elemen yang ada pada padatan, bubuk ataupun
sample cair.
2. Prinsip Dasar analisis alat XRF (X-ray fluorescence spectrometry) ini
adalah pencacahan Sinar-X yang dipancarkan oleh suatu unsur akibat
pengisian kembali kekosongan elektron pada orbital yang lebih dekat
dengan inti.
3. Terdapat dua jenis XRF , WDXRF (Wavelength-dispersive X-ray
Fluorescence) dan EDXRF. EDXRF (Energy-dispersive X-Ray
Fluoresence)
4. X-Ray Fluorescent Spectroscocy (XRF) mempunyai banyak
keuntungannya yaitu analisis tidak merusak, cepat, multi elemen dan murah.
5. X-Ray Fluorescent Spectroscocy (XRF digunakan dalam berbagai aplikasi,
termasuk keramik dan kaca manufaktur
13
DAFTAR PUSTAKA
Scott, Ryland.XRF and SEM analysis of glass.Florida Dept. of Law
Enforcement
Numako, Chiya, Misato Kazama. X-Ray Fluoresence Analysis. Chiba
University, Department of Chemistry
X-ray Techniques: Overview Ron Jenkin in “Encyclopedia of Analytical
Chemistry” R.A. Meyers (Ed.) pp. 13269–13288, Ó John Wiley & Sons
Ltd, Chichester, 2000
Recommended