Analisis RlETAN pada Reduksi Data Difraktometer Serb uk Resolusi Tmggi (Supandi Suminta)

ANALISIS RIETAN P ADA REDUKSI DATADIFRAKTOMETER SERBUK RESOLUSI TINGGI

SupaDdi SumiDta daD Tri Hardi PPuslitbang Iptek Bahan (P31B) -BATAN

Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang 15314

ABSTRAK

ANALISIS RIETAN PADA REDUKSI DATA DIFRAKTOMETER SERBUK RESOLUSI TINGGI. Telah dilakukanpenghalusan dua standar Ni dan Si dari data intensitas difraksi neutron dengan menggunakan program RIETAN. lntensitasditraksi neutron diukur dengan Difraktometer Serbuk Resolusi Tinggi (HRPD) P31B-BATAN. Hasil daTi penghalusan poladitraksi, menunjukkan bahwa harga Rwp dan goodness o/fitting,S sesudah reduksi diperoleh harga Rwp dan goodness o/fitting,Smenjadi lebih baik. Untuk Ni sesudah reduksi diperoleh nilai Rwp turun daTi 23,01% menjadi 15,22% dan nilai S daTi 3,2230menjadi 2,0405. Sedangkan untuk Si sesudah reduksi diperoleh Rwp turun daTi 27,40% menjadi 16,31% dan nilai S dari 2,4336menjadi 1,3579. Dari basil penghaJusan kedua standar Ni dan Si setelah data intensitas difraksi neutron terreduksi dengan faktorreduksi absorbsi background menunjukkan pola dit'raksi basil penghalusan RIETAN lebih baik. Untuk kegiatan pengembanganbahan percobaan selanjutnya data intensitas difraksi neutron basil pengukuran dengan HRPD P31B-BATAN disarankan untukdireduksi terlebih dahulu sebelum dianalisis dengan metode Rietveld.

Kata kunci : Difraktometer serbuk resolusi tinggi (HRPD), rwp, goodness offitting S

ABSTRACT

RIETAN ANALYSIS ON REDUCTION DATA OF HIGH-RESOLUTION POWDER DIFFRACTOMETER.Refinement of Si and Ni standard betore and after reduction the data have been done from diffraction intensity data usingRIETAN. The diffraction intensity data were obtained trom Ni and Si standard sample measured by using High ResolutionNeutron Powder Diffractometer (HRPD) P3IB-BATAN. The refinement results show that after reduction the data, values ofRwp and S ofNi standard decrease from 23.01 % to 15.22% and S value from 3.2230 to 2.0405 respectively, while Si standardtrom 27.40% to 16.31% and S value trom 2.4336 to 1.3579, respectively. According to this result, it is suggested that alldiffraction intensity data measured by HRPD at P3IB-BATAN need to be corrected by background absorption reduction tactor

before t'uther analysed.

Key words: High resolution powder diffractometer (HRPD), rwp, goodness of fitting S

PENDAHULUAN

RIETAN (RIETveld ANalisis) adalah merupakansuatu paket perangkat lunak (software) komputeryangtelah dikembangkan penggunaannya dalam metodeRietveld untuk analisis struktur kristal dari data difraksineutron maupun difraksi sinal-X. Prinsip dasarmetodeRietveld adalah menghitung intensitas pola difraksi titikdemi titik berdasarkan model yang kemudian dicocokkanatau dihaluskan (refined) dengan intensitas pola difraksidaTi pengamatan. Perhitungan intensitas tersebutmelibatkan fungsi profile puncak difraksi yangtergantung daTi ukuran butir, resolusi alat dan lain-lain.Proses penghalusan dapat dilakukan dengan metodelea.'It square atau metode optimasi. Software RIET ANmenggunakan metode least square.so marquart [1].

Analisis struktur kristal dapat dilakukan melaluidua tahapan penghalusan parameter yaitu 1. parameter

global yaitu penghalusan (refinement) parameteruntukmengoreksi titik nol pola difraksi : zero-point .sohift dan

parameter latar belakang (background) dan 2. parameterfasa dependent yaitu parameter untuk penghaluskanintensitas yang terintegrasi : faktor skala, preferred-orientation, parameter profil dan parameter strukturseperti faktor kisi (a,b dan c, sudut a, b dan g) , posisiatom (x,y dan z), faktor okupansi dan vibrasi termalisotropic (B). Output basil kedua tahapan penghalusantersebut adalah dalam bentuk grafik profil pola difraksi(Igor pro) dan informasi data barn struktur kristal yangmenunjukkan basil yang representatif daTi fasa kristal.Data barn struktur kristal tersebut berisi informasi sepertinilai indeks reliabilitas (R), goodness of fitting,S,parameter kisi, posisi atom, volume sel satuan, densitasdalam sel satuan, indeksMi/ler (hkl),jarak antarbidang(d), intensitas perhitungan, FWHM dan lain-lain.

Untuk mengetahui baik tidaknya basilpenghalusan ditunjukkan oleh tingkat nilai indeks

rehabilitas (R) atau Least Square (program GSAS).

265

Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN 1411-2213

perangkat lunak untuk mengeliminasi puncak asingtersebut dan meningkatkan kualitas data difraksi neutronyang berasal daTi wadah vanadium dan cacah latar

belakang. Rancangan perangkat lunak telah diuji cobapada cuplikan bahan amorf (A~S)o S(AgP°3)O s danberhasil diterapkan untuk mereduksi data hamburanbahan amorf seperti bahan konduktor superionikberbasis gelas.

Dalam beberapa tahun terakhir (tahun 2001)unjuk kerja daTi HRPD-P3IB kurang memenuhipersyaratan pada keluaran data. Pol a difraksimenunjukkan adanya ketidak normalan dalam sistiminstrumen, yang berasal bukan daTi cuplikan maupundati cacahan latar belakang. Tri Hardi P, dkk [5] telah

mengembangkan lagi rancangan perangkat lunak untukmeningkatkan kualitas data difraksi dengan caramenghilangkan pengaruh ketidak normalan cacahanyang disebabkan oleh instrumen. Rancangan perangkatlunak yang menggunakan program Visual Basic ini diujicoba pada cuplikan standar Ni dan Si. Data intensitasdifraksi neutron dari standar Ni dan Si diperoleh denganmenggunakan difraktometer serbuk resolusi tinggi(HRPD-P3IB). Pola difraksi daTi data tereduksimenunjukkan puncak -puncak disekitar sudut 28= 130 °

nampak hilang. Hasil kalibrasi Instrumen [5] dati keduacuplikan tersebut diperoleh panjang gelombang sebesarA = 1,8214 A yang diperoleh dari refleksi monokromator

Ge(311) pada daya reactor 15 MW dan rentang sudutdifraksi 28 =2,5°-162,5°, ketelitian sudut difraksi

~8=0,25°.Penelitian ini bertujuan untuk melihat sejauh mana

keberhasilan program reduksi yang telah dibuat untukmenganalisis data difraksi dari cuplikan standar Ni danSi yang telah direduksi dan membandingkannya dengandata mentahnya. Data difraksi tereduksi menggunakanrancangan perangkat lunak buatart Tri Hardi [5].

BAHAN DAN TATAKERJA

Cuplikan yang digunakan dalam penelitian iniadalah Ni dan Si buatan Merck dengan tingkatkemumianpro analisis 99,99%. Cuplikan serbuk Ni daD Sidimasukkan kedalam wadah vanadium, kemudiandiletakkan pada sample holder dan diposisikan hinggaberkas neutron tepat (terfokus) mengenai sampeldengan menggunakan neutron kamera.

Tobe/I. Kondisi pengukuran cuplikan Si clan Ni

Tingkat nilai ini merupakan besarnya nilai yangmengukur tingkat ketidaksesuaian antaradata basilpengamatan dengan perhitungan. Semakin kecil hargaR menunjukkan tingkat kesesuaian antara basil

pengamatan dengan perhitungan semakin baik. Artinyabahwa parameter profil clan parameter struktur kristalyang diuji semakin mendekati harga yang sebenarnya.Atau dapat dikatakan bahwa tingkat harga R semakinkecil menunjukkan bahwa koinsidensi kedua jenis polalebih baik.

Sejak tahun 1992 sampai dengan 1995 [2] telahdilaksanakan empat kali workshop dalam pemanfaatanreaktor riset bidang hamburan neutron. Workshopdihadiri oleh beberapa peserta dari beberapa negara AsiaFasifik. Program tiga tahun dimulai dengan kalibrasiperalatan difraktometer neutron serbuk resolusi tinggi(HRPD) dengan basil yang baik. Kemudian dilanjutkandengan studi bahan kristal superkonduktor, superionikclan bahan magnetik. Workshop tersebut bertujuanuntuk memberikan latihan kepada para peserta dalampenggunaan peralatan HRPD, clan analisis data intensitasdifraksi neutron dengan metode Rietve ld menggunakanprogram RIETAN. Program ini adalah suatupengembangan metode Rietveld yang dibuat olehF.Izumi sebagai program analisis struktur kristal daridata intensitas difraksi neutron maupun X-ray. HRPDtermasuk salah satu perangkat yang potensial untukmempelajari struktur rnateri dengan menggun3kan berkasneutron. Hasil-hasil penelitian dalam karya tulis ilmiahtelah banyak dipublikasikan dalam prosiding, jumalnasional dan intemasional.

Namun sejak tahun 1997 perangkat HRPD [3]yang paling banyak diminati ini mulai menunjukkan unjukkerja yang menurun. Dalam pengujian pengaruhturunnya daya operasi reaktor ini, dibandingkan poladifraksi cuplikan standar TiO 2 menunjukkan pola difraksiuntuk take off angle 890 berturut-turut pada dayareaktor25 MW dan 15 MW dengan counting rate masing-masing 150 cps clan 90 cps, turunnya counting ratekarena turunnya clara operasi reaktor. Waktu yangdibutuhkan untukpreset count yang sarna berturut-turut34 clan 41 jam, sedangkan cacahan background yangdiperoleh dari analisis Rietveld berturut-turut 99 cps dan212 cps. Backgroundyang lebih tinggi disebabkan olehlamanya waktu percobaan. Telah dilakukan kalibrasidengan menggunakan standar TiO2, clan A12O3 basilyang diperoleh menunjukkan pola difraksi yang tidakbaik dengan munculnya puncak-puncak Bragg asingpada daerah 28 tertentu.

Tri Hardi P, dkk [4] dalam penelitiannyamelaporkan bahwa terdapat puncak-puncak disekitarsudut 2 8 = 1300 disebabkan oleh gerakan motor step

yang tidak stabil sehingga pada selang (step) pengukuransetiap 0,05 hasilcacahan menjadi tidak tetap (konstan)untuk L\28 = 0,05. Tri Hardi ill, dalam penelitiannya

telah berhasiil, mengatasi kendala yang disebabkan, 'puncak asing yaitu dengan membuat rancangan

266

Analisis RlETAN pada Reduksi Data Difraktometer Serbuk Resolusi Tinggi (Supandi Suminta)

tinggi dan (c) profil pola difraksi neutron hasilpenghalusan RIETAN standar Ni sesudah dataintensitas difraksi direduksi mernberikan harga kualitasfitting (Rwp) lebih baik yakni sebesar 15,22% dangoodness offitting, S= 2,0405, nampak puncak asingpada rentang sudut28 yang sarna antara 106° -112°dan126° -132°telah hilang.

Tabel3. Data struktur dan posisi atom standar Si basil

lntensitas difraksi cuplikan serbuk Ni dan Sidiukur menggunakan High Resolution PowderDifractometer (HRPD) yang terletak pada TabungPemandu Neutron (NOT) pada daya reaktor 15 Mw; danmonokromator yang digunakan adalah Ge (311 ), kolimator~ =0,31 denganpanjanggelombang, 1-,= 1,8214A.

Pengukuran dilakukan pada suhu ruang tanpamemutar sampel dalam rentang sudut 28 antara2,5°.162,5° denganselangtiap data (step) 0,25°. Kondisipengukuran disajikan pada Tabell.

Setelah pengukuran selesai diperoleh poladifraksi untuk tiap cuplikan, kemudian diambil gambarhardcopy photographs dan intensitas data yang telahdisortir dipindahkan ke komputer PC. Copy datatereduksi dikonversi ke dalam komputer Macintosh danselanjutnya dianalisis dengan metode Rietveld

menggunakan programRIETAN.

BASIL DAN PEMBAHASAN Parameter kisi: a=b=c=S,432(1), V=160,271(6)A, .

grup ruang :Fm 3 m (FCC)

8 a 6(3)

Penghalusan dengan program RIETAN dilakukandengan cara mengasumsikan bahwa standar Ni dan Simasing-masing bersistim kristal kisi Bravais kubik (FCC),grup roang F m 3 m dan Ni bersistim kristal kisi Bravaisjuga kubik (FCC), grup ruang F d 3 m. Hasil akhirpenghalusan kedua standar Ni dan Si sebelum clansesudah direduksi diperoleh data stmktur disajikan dalamTabe12 dan 3.

~ 6000 ""j"""' fi"'!""--""""":"""""""""'i' § 5000 ~ : : Ni (raW data) ; "'---T'

i 4000 ---+ !.3000 .

"" 2000

lOOOt , 1

Tabel 2. Data struktur dan posisi atom standar Ni basilpenghalusan RIETAN

".:"~:EP1fJ440 60 80 100 120 140

6000 ..."" , , ; " 5000 : !; : Ni:Rvp.Z3.~ ;

19 4000

! 30001

§ 2000~'1000

Ni (Nikel)sebelum reduksi

Parameter kisi: a=b=c=3,S22(1), V= 43,68 (3)A,

grup ruang:F m 3 m (F C C)

Ni (N ik el) sesudah reduksi

i :~~; A' ~ : I-~,r_.)~_..~

'"\.-~I

I Parameter kisi: a=b=c=3,S248(S),V=43,791(1)A,

grup ruang:Fm3 m (FCC)

4 a 0,72(9)

Garnbar 1 adalah profil pola difraksi neutronstandar Ni pacta skala penuh (a) raw data standar Nihasil pengukuran HRPD-P3 ill-BAT AN, terlihat puncakyang lernah dan latar belakang yang tidak baik pactarentang sudut 26 yang sarna antara 106°-112° dan126°-132°, (b) profil pola difraksi neutron hasilpenghalusan RlETAN standar Ni sebelum data intensitasdifraksi direduksi, rnernberikan harga kuaiitas fitting(Rwp) lebih tinggi yakni sebesar 23,016%, goodnes." offitting, S = 3,2230, narnpak puncak Bragg asing pacta

rentang sudut 26 yang sarna antara 106°-112° dan

126°-132°, masihterlihatjelasdenganlatarbeiakang yang

c

40 60 80 100 120Sudut 20.

Gambar 1. Propfil pola difraksi standar Ni hasilpenghalusan RIETAN (a) raw data (b) sebelum reduksi (c)sesudah reduksi

267

Prosiding Pertemuan Ilmiah Ibnu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002Serpong, 22 -23 Oktober 2002 ISSN1411-2213

Gambar 2 adalah profi1 po1a difraksi neutronstandar Si pada skala penuh (a) raw data standar Sihasi1 pengukuran HRPD-P3ffi BATAN, ter1ihat puncakBragg yang 1ernah yang berirnpit dengan puncak Braggrni1ik rasa Si dan 1atar be1akang yang tidak baik padarentang sudut 28 antara 106°-112° dan 126°-132°,(b) profil pola difraksi neutron hasi1 penghalusan RIET ANstandar Si sebe1um data intensitas difraksi tereduksi,rnernberikan harga kualitasfitting (Rwp) 1ebih tinggidibanding Gambar2c yakni sebesar27,40%,goodnessof fitting, s= 2,4336,ter1ihat puncakBraggasingpadarentang sudut 28 yang sarna antara 106° -112° dan126°-13 2°, masih terlihat jelas dengan latar belakang yangtinggi, dan (c) profi1 po1a difraksi neutron hasi1penghalusan RIET AN standar Si sesudah data intensitasdifraksi tereduksi memberikan harga kualitas fitting(Rwp) turun (lebih baik) yakni sebesar 16,31% dangoodness of fitting, S= 1,3579, nampak puncakBraggpada rentang sudut 28 yang sarna antara 106° -112° dan126°-132° te1ah hi1angdengan1atarbe1akangyang1ebihbaik.

Bentuk profil pola difraksi ini menggambarkankecocokan (fitting) intensitas difraktogram berkasneutronantara pengamatan dengan perhitungan basilpenghalusan RIETAN. Tanda (+) adalah data basilpengamatan, garis malar ( -) adalah data perhitungan,garis vertikal ( I ) dibawahnya ad.aiah posisi puncak danindeks rasa (indeksMiller) Ni dan Si dan garis mendatar(-) dibawah garis vertikal adalah gambaran selisih

pengamatan dengan perhitungan basil penghalusanRIETAN. Harga bobot kualitas jitting atau disebut

dengan Rwp (Residual weigh pattern) masing-masingbahan telah dijelaskan di atas.

Data kualitasjitting standar Ni dan Si sebelumdaD sesudah reduksi basil penghalusan RIETAN,disajikan pada Tabel4.

Tabel 4. Data kualitas fitting standar Ni dan Si basilpenghalusan RIET AN

Kualitas Fi fling

Sebelum reduksi Sesudah reduksi

Bahan I Rv.p(%) Rp s Rv.I(~ Rp s

N 23,01 16,92 3,m! 15,22 11,% 2,(W)5

Si 27, «) 2),4) z,~ 16,31 1'2,~ 1,357)

Keterangan : Rwp = R-bobot pola difraksi, Rp = R-pola

difraksi, S: goodness offlttinga

Berhasil dikonfirmasi bahwa basil penghalusanstandar Ni dan Si daTi intensitas difraksi neutronterreduksi memberikan kualitasfitting jauh lebih baikdibanding sebelum reduksi.

KESIMPULAN

Dari pengamatan pola difraksi pada standar Nidan si, basil penghalusan struktur kristal kedua cuplikanNi dan Si dengan metode Rietveld dapat disimpulkanbahwa basil terbaik daTi penghalusan pola difraksi,menunjukkan keberadaan dua harga kualitas fittingsebelum dan sesudah tereduksi diperoleh harga Rwpdan goodness of fitting.S berbeda. Untuk standar Nisebelum dan sesudah reduksi diperoleh nilai R wp tumndari23,01%menjadi l5,22%dannilai S dari 3,2230 menjadi2,0405. Untuk standar Si sebelum dan sesudah reduksidiperolehRwp turundari 27,40%menjadi 16,31% dannilai S dari 2,4336 menjadi 1,3579.

Hasil penelitian ill dapat diselesaikan sesuaikondisi instmmen pada saat ini, namun bukan basil yangmaksimal melainkan berupa peningkatan. Berdasarkanbasil penghalusan dengan met ode Rietveldmenggunakan pro gram RIET AN, data intensitas difraksiterreduksi diperoleh harga kualitas fitting lebih baik.Untuk kegiatan pengembangan penelitian ilmu bahan

40 60 80 100 120 140Sudut 29'

Gambar 2. Profil pola difraksi standar Si hasil penghalusanRIETAN (a) raw data (b) sebelum reduksi (c) sesudahreduksi

268

Analisis RIETAN pada Reduksi Data Difraktometer Serbuk Resolusi Tinggi (Supandi Suminta)

disarankan sebelum dianalisis dengan metode Rietvelddata intensitas difraksi neutron basil pengukuran HRPD-P31B BATAN terlebih dahulu direduksi dengan faktorreduksi absorsi background [5].

Pada difraksi menlDljukkan adanya ketidak nonnalandalam sistem instrumen yang berasal bukan daTicuplikan maupun cacahan latar belakang.MlDlCUlnya plDlcak-puncak sekitar sudut 28 = 130°.

Untuk mengatasi hal tersebut, telah dibuat programberbasis j;'/sua/ Basic untuk mereduksi datapuncak-plDlcak asing pada sekitar sudut 28 = 130°

Untuk kegiatan pengembangan penelitian sainsmateri disarankan sebelum dianalisis dengan metodeRietveld data difraksi neutron basil pengukuranHRPD P31B BATAN terlebih dahulu direduksidengan faktor reduksi absorbsi background (buatanTrihardi P.), diperoleh hasillebih baik.

UCAPAN TERIMA KASm

Penulis menyampaikan ucapan terima kasihkepada Kepala Balai Spektrometri yang telah membantudan memberikan dorongan hingga selesainya karya tulisilmiah ini. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepadakepala P3ffi, star dan teknisi Balai Spektrometri sertaketua beSerta anggota KPTP dan semua pihak yang telahmembantu dan memberikan dorongan hingga selesainyakarya tulis ilmiah ini.

2.

DAFTARPUSTAKA

[1].

[2].

[3].

[4].

[5]

[6].

F. IZUMI, A RietveldReflnemet Program Rietan-94 for Angle-Dispersive X-Ray and NeutronPowder Diffraction, National Institute for Researchin Inorganic Materials, 1-1 Namiki, Tsukuba, Ibaraki

305,(1996)MASONGKOHADI, RIDWAN, GUNAWAN danPRASUAD, Improvement of The Hig-ResolutionPowder Diffractometer (HRPD) at ProgressReport, Hamburan Neutron PPSM-BATAN, 1,

(19%)ABARRUL IKRAM, Pemberdayaan FasilitasHamburan Neutron BATAN Serpong, ProsidingSeminar Nasional Hamburan Neutron don

Sinor-X, (1998).TRI HARDI P, EVVY K, BHAROTO, SUPANDIdaD HERRY M, Perancangan Perangkat LunakData Difraksi Neutron pada bahan amorf,Pro."iding Seminar Nasional Hamburan Neutrondon Sinar-Xke 4, Serpong, (2001).TRI HARD I P daD SUPANDI, PerancanganPerangkat Lunak Untuk Meningkatkan KualitasData Difraksi Neutron, Prosiding SeminarNasional Hamburan Neutron don Sinar-X ke 4.

Serpong, (2001).ANONIM., Report On-The-Job Training (O.JT)in Neutron Beam Research, BATAN-STA-JAERI,

Serpong, (1994).

TANYAJAWAB

Pankin, P31B -BATAN

Pel1anyaanI. Untuk apa anda mereduksi pola data2. Mengapa anda melakukan ini, apakah ada trouble

diHRPD

Jawaban1. Pada tahun terakhir 2001 unjuk kerja HRPD-P3 m

kurang memenuhi persyaratan pada ke1uaran data.

269