x ray spectroscopy

X-RAY SPECTROSCOPY

POSISI SINAR-X DALAM SPEKTRUM CAHAYA

FUNGSI MASING-MASING SINAR

SIFAT SINAR-X

Karakter Sinar-X Sinar-visibelEnergi (eV) 107 1

l(nm) 0,5 – 2,5 350-800

Transisi Elektron inner cell

Elektron valensi

SPEKRUM SINAR-X :Kontinyu :

Radiasi putih (konstinu)Terbentuk karena tumbukan berkas

elektron dari katoda dengan elektron pada logam target

Untuk kedokteran

Karakteristik

SPEKTRUM SINAR-X

Kontinyu

Karakteristik

PROSES PEMBENTUKAN SINAR-X YANG KARAKTERISTIK :

APLIKASI SINAR X DALAM ANALISIS KIMIA

X-ray absorption X-ray diffraction X-ray fluorescence

PRINCIPAL COMPONENT

X-ray source Collimator Monochromator detector

SUSUNAN ALAT XRD

Tabung sinar-X Tempat sampel

Goniometer

Detektor Rekorder

ALAT XRD

1 unit alat XRD

1 unit komputer

SUSUNAN ALAT

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

PRODUKSI SINAR-X

Di dalam tabung sinar-X Tabung vakum Katoda dari kawat

Wolfram yang dipanaskan sehingga melepaskan elektron (electron emitter)

Anoda : logam target(copper, molybdenum, atau tungsten)

X- ray generation

PROSES TERBENTUKNYA SINAR-X Ke dalam tabung dialiri listrik dengan

tegangan yang sangat tinggi 20-50 kV Katode melepaskan elektron yang bergerak

dengan kecepatan tinggi Berkas elektron mengenai logam target Logam target mengemisikan sinar sinar-X λmin=hc/eV

PROSES ELEKTRONIK PEMBENTUKAN SINAR-X

PEMBENTUKAN SPEKTRUM SINAR-X Logam target ditembak oleh berkas elektron

dengan energi potensial tinggi Pelepasan elektron dari kulit paling dalam

(kulit K) sehingga terjadi kekosongan. Tempat kosong diisi elektron dari kulit yang

lebih luar (kulit L dan M) sambil mengemisikan energi yang disebut radiasi sinar-X

Untuk XRF X ray from Target sourceanother metal (such as

Cu) Emission from Cusample

COLLIMATOR

SPEKTRUM SINAR-X

Spektrum setiap unsur karakteristik

Berkas sinar-X selalu polikromatisKα1, Kα2, Kβ1, Kβ2

Dalam penggunaannya harus monokromatis Agar monokromatis harus disaring : dengan

logam Filter

DAFTAR LOGAM TARGET DAN FILTERLogam target λ-Kα1 (Å) Logam filter

Mo 0,711 Zr

Cu 1,542 Ni

Co 1,790 Fe

Fe 1,937 Mn

Cr 2,291 V

CARA KERJA LOGAM FILTER :

CARA KERJA LOGAM FILTER (XRD) :

Menyerap sebagian radiasi dan seluruh radiasi sehingga intensitas radiasi berkurang dan radiasi tidak muncul lagi.

Hanya radiasi yang terdifraksi oleh sampel.

Radiasi terdiri dari 1 dan 2 intensitas 1 > 2

Radiasi 2 tidak dapat dihilangkan oleh filter. Akibatnya, sering ditemukan puncak difraksi yang tersplit

XRF

DETECTOR

B = ionization counterD = propotional counterF = Geiger Counter

Citilation compounds: NaI, antrhacene, p-terphenyl in xylene, and naphthalene

DIFRAKSI SINAR-X Sinar-x terdifraksi /terpantul hanya oleh

suatu zat padat kristal Sinar-x Jarak antar bidang kristal

Sinar –X terdifraksi dengan sudut tertentu oleh bidang kristal yang mempunyai jarak antar bidang tertentu

KRISTAL

Padatan yang terbentuk oleh molekul sel satuan yang tersusun secara berulang dan teratur ke segala arah

Setiap kristal mempunyai bidang kristal

Jarak antar bidang/basal spacing suatu kristal yang sama adalah karakteristik

CONTOH KRISTAL

Kristal proteinkristal karbon

HUBUNGAN SUDUT DIFRAKSI DENGAN JARAK ANTAR BIDANG KRISTAL (D)

2 d sin = d = jarak antar bidang kristal = sudut difraksi = panjang gelombang

Atau

d = / 2 sin d berubah maka berubah

Sinar–X terdifraksi dengan sudut tertentu oleh bidang kristal yang mempunyai jarak antar bidang (d) tertentu.

PROSES DIFRAKSIHukum Bragg :Jika 2 berkas sinar-X yang paralel mengenai bidang kristal yang sama akan terdifraksi dengan sudut tertentu, dan selisih jarak yang ditempuh oleh ke 2 sinar tersebut sebanding dengan panjang gelombang sinar-X tersebut

Hubungan matematika : AP + PC = n λ

dimana AP = OP sinθ

AP = PC

OP = d

n =1

Sehingga 2 OP sinθ = λ atau 2d sinθ = λ Jadi d = λ / sinθ

JENIS SAMPEL :

Bentuk : serbuk, lembaran, plat Jenis : oksida logam. Polimer (plastik, karet,

melaim, resin, dsb), mineral, seny.organik

PERLAKUAN SAMPEL :

Sampel padatan dari alam (lempung, zeolit, dsb) Dibersihkan dari kerikil, ranting, daun, dsb Dikeringkan Dihaluskan : 10-250 mesh Dimasukkan ke dalam sample holder

Sampel lembaran : Langsung dianalisis

CARA ANALISIS

1. Buat pola difraksi sampel : 2 lawan intensitas

2. Semua harga 2 dari setiap puncak dirubah menjadi harga d sesuai hukum Bragg

3. Intensitas semua puncak dibuat relatif4. 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 diganti dengan langkah : Pola difraksi sampel dibandingkan dengan pola difraksi

standar

DATA DIFRAKSI = POLA DIFRAKSI

Sudut difraksi 2

Intensitas

APLIKASI METODE XRD1. Penentuan struktur kristal :

1. Pengideks-an bidang kristal,2. Bentuk dan ukuran sel satuan kristal,3. Jumlah atom per-sel satuan

2. Analisis kimia : 1. Identifikasi/Penentuan jenis kristal2. Penentuan kemurnian hasil sintesis3. Deteksi senyawa baru4. Deteksi kerusakan oleh suatu perlakuan

CARA IDENTIFIKASI SUATU SENYAWA

Dengan cara membandingkan data 2 dan intensitas relatif sampel dengan standar

Dengan cara membandingkan pola difraksi sampel dengan standar

MEMBANDINGKAN DATA 2 DAN INTENSITAS RELATIF SAMPEL DENGAN STANDAR

Data XRD sampel : Sudut 2 d Ir

28,857 3,018 5

35,35 2,477 70

41,23 2,136 30

42,06 2,096 100

49,25 1,805 50

60,00 1,504 20

71,047 1,293 10

75,87 1,223 5

87,96 1,803 20

92,30 0,043 5

99,87 0,983 5

PEMBANDINGAN DATA XRD SAMPEL DENGAN STANDAR CU2O DAN CU

Jadi 3 harga sampel dengan intensitas tertinggi sesuai

dengan Cu2O

dan 3 yang lain sesuai

dengan Cu

d sample (Ir) d Cu2O (Ir) d Cu (Ir)

2,0955 (100) 2,088 (100)

2,4768 (70) 2,465 (100)

1,88048 (50) 1,808 (46)

2,1358 (30) 2,135 (37)

1,5040 (20) 1,510 (27)

1,0803 (20) 1,09 (17)

DENGAN CARA MEMBANDINGKAN POLA DIFRAKSI SAMPEL DENGAN STANDAR

Pola difraksi sampel

Pola difraksi standar

DETEKSI KERUSAKAN OLEH SUHU

Bahan : zeolit –Y Kenaikkan suhu

menyebabkan penurunan intensitas penurunan kristalinitas kerusakan struktur

DETEKSI KERUSAKAN KRISTAL OLEH PERUBAHAN PH

Bahan : zeolit-Y Penurunan pH

meningkatkan kerusakan struktur kristal zeolit

DETEKSI SENYAWA BARU DAN TINGKAT KEMURNIAN Pembuatan MgAl2O4 :

dengan cara mereaksikan padatan MgO +Al2O3

pada suhu lebih

rendah hasil belum murni

Suhu tinggi kemurnian hasil tinggi

PENGARUH SUHU DAN PH TERHADAP STRUKTUR ZEOLIT ALAM

AKIBAT PEMAKAIAN SEBAGAI FOTOKATALIS TIO2

KESULITAN

Sampel polimer yang elastis sulit dibuat serbuk

Jumlah sampel yang sangat sedikit