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