3. Pembentukan Sinar-X
Cahaya elektron menabrak suatu logam target dan mengeluarkan elektron (elektron inti) dari
tingkat energi yang dekat dengan inti dari beberapa atom logam.
Selanjutnya elektron dari tingkat energi yang lebih tinggi turun ke dalam orbital ini.
(E = hv, dimana E adalah perbedaan
energi antara orbital
ATOM
e- e- K L M N
e-
e-
Kondisi Kuantum-K
EK
E = Sinar-X
e-
6. Tabung sinar-X
Elektron berasal dari kawat pijar tungsten dalam
daerah vakum, dipercepat dengan voltase tinggi
(30.000 V) terhadap logam target. Elektron inti
dikeluarkan dari logam target : sinar-X, (karakteristik
dari logam target yang digunakan). Sinar-X keluar dari
jendela berilium dalam tabung.
Diagram skema tabung sinar -X
Intensitas
Panjang gelombang (Å)
Spektrum yang keluar dari tabung sinar-X
3p 1s ; K
2p 1s ; K Anoda Logam Radiasi Kα (Å)
Cr 2,29 Å
Fe 1,94 Å
Co 1,79 Å
Cu 1.54 Å
Mo 0.71 Å
Ag 0,56 Å
7. Eksperimen sinar-X
Untuk memperoleh panjang gelombang tunggal, digunakan suatu monokromator kristal tunggal.
Umumnya garis K1 diseleksi karena mempunyai intensitas yang paling besar.
8. Difraksi sinar-X
Difraksi sinar-X digunakan untuk menentukan posisi atom dalam molekul dan padatan.
Dalam kimia anorganik, jarak ditentukan dari struktur dan memberikan informasi tambahan pada
ikatan ke dalam dan antara molekul.
Prinsip difraksi sinar-X
Sinar-X berinteraksi dengan elektron dalam materi. Ketika cahaya sinar-X mengenai suatu
material, sinar tersebut akan dihamburkan pada bermacam-macam arah oleh awan elektron.
Panjang gelombang sinar-X yang digunakan dalam eksperimen difraksi sinar-X, terletak antara 0,6
dan 1,9 A.
9.
10. Indeks Miller
Sinar-X berinteraksi dengan bidang atom dalam kisi tiga dimensi memperlihatkan simteri translasi dari struktur.
Masing-masing bidang melambangkan anggota dari kumpulan paralel dari bidang ruang yang sama, dan titik
kisi masing-masing harus terletak pada satu bidang.
Label untuk menggambarkan bidang-bidang Indeks Miller (h, k dan l) dimana h,k,l bernilai bilangan bulat
positif atau negatif atau nol.
11. Analisa hasil karakterisasi XRD
Kualitatif
• Identifikasi material
• Identifikasi kemurnian sampel
• Menentukan kristalinitas sampel
(kristal atau amorf)
• Penentuan posisi atom dan struktur
(teknik refinement)
Kuantitatif
• Penentuan ukuran kristal
12. Hasil Karakterisasi : Contoh Difraktogram
20 40 60 80
0
100
200
300
400
500
600
Intensitas
Hasil pengukuran XRD berupa harga
intensitas dan panjang celah pada sudut 2θ
Sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian
diterjemahkan sebagai sebuah puncak difraksi.
Makin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel,
makin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya.
Tiap puncak yang muncul pada pola XRD mewakili satu
bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu dalam sumbu
tiga dimensi
2θ merupakan sudut antara sinar datang dengan sinar pantul. Sedangkan intensitas merupakan jumlah banyaknya X-Ray yang
didifraksikan oleh Kisi-kisi yang dibentuk oleh atom-atom penyusun kristal. Jika tidak ada atom-atom yang menyusun suatu
bidang kisi pada kristal, maka sinar X yang datang tidak dapat didifraksikan atau dengan kata lain tidak ada intensitas
13. Mengidentifikasi material yang tidak diketahui
Pola difraksi sinar-x bersifat unik untuk masing-masing
material yang bersifat kristal.
Lebih dari 150.000 kumpulan data difraksi serbuk yang khas
telah dikoleksi dari sampel dan data disusun dalam database.
JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards).
ICSD (International Crystallography Standar Data).
ICDD (International Center for Diffraction Data)
Untuk mengetahui fasa Kristal yang terbentuk, hasil
pengukuran dicocokan dengan data difraksi standar.
20 30 40 50 60 70 80
Intensitas
(a.u)
2 (
o
)
ZnO
ZnFe2
O4
ZnO/ZnFe2
O4
1:0,01
ZnO/ZnFe2
O4
1:0,05
ZnO/ZnFe2
O4
1:0,1
Analisa Kualitatif
14. Kemurnian sampel
Kemurnian fasa dapat diidentifikasi dengan melihat
puncak-puncak yang puncul pada difraktogram.
Adanya kesesuaian antara standar dan sampel,
menandakan sampel berupa fasa tunggal / murni tanpa
adanya senyawa lain yang terbentuk
Kristalinitas sampel
Suatu sampel dengan kristalinitas tinggi akan
memberikan intensitas difraksi yang tinggi dan tajam
15. Ukuran Kristal
Formula Scherrer menghubungkan ukuran kristal dengan lebar
puncak difraksinya, dan secara luas digunakan untuk menentukan
distribusi ukuran partikel :
cos
B
k
D
D = Ukuran kristal (nm)
B = nilai FWHM
θ = Sudut Bragg
= panjang gelombang cahaya sinar X.
K = konstanta “Shape Factor” (0,8-1)
Penurunan ukuran
partikel
Perkembangan lebar puncak
dengan penurunan ukuran
Analisa Kuantitatif
16. Kelebihan
• Teknik non destruktif
• Waktu pengerjaan sampel cepat dan
mudah
• Mudah mengidentifikasi banyak senyawa
anorganik dengan membandingkan standar
Kekurangan
• Biaya alat dan karakterisasi mahal
• Tidak dapat menganalisis sampel organik
• Sampel hanya dapat berupa bubuk
17. X-Ray Fluorisensi
Teknik fluoresensi sinar-x (XRF) merupakan suatu teknik analisis yang dapat menganalisa
unsur-unsur yang terkandung pada suatu material
Teknik ini juga dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi unsur berdasarkan pada
panjang gelombang dan jumlah sinar x yang dipancarkan kembali setelah suatu material
ditembaki sinar-X berenergi tinggi.
18. Prinsip Kerja XRF
Penembakan sinar-X dari x-ray tube untuk mengeluarkan elektron dari kulit bagian dalam untuk
menghasilkan sinar-X baru yang karakteristik dari unsur-unsur penyusun sample yang di analisis
• Untuk setiap atom di dalam sample,
intensitas dari sinar-X karakteristik tersebut
sebanding dengan jumlah (konsentrasi)
atom di dalam sample.
• Intensitas sinar–X karakteristik dari setiap
unsur, dibandingkan dengan suatu standar
yang diketahui konsentrasinya, sehingga
konsentrasi unsur dalam sample bisa
ditentukan.
19. Menembakkan
radiasi foton
elektromagnetik ke
material yang diteliti.
Radiasi
elektromagnetik
yang dipancarkan
akan berinteraksi
dengan elektron
yang berada di kulit
K suatu unsur.
Elektron yang berada di
kulit K akan memiliki
energi kinetik yang cukup
untuk melepaskan diri
dari ikatan inti, sehingga
elektron itu akan
terpental keluar.
20. Sampel
Serbuk
Ukuran serbuk < 400 mesh
Sebanyak 1 gram
Padatan
Permukaan yang dilapisi akan meminimalisir efek penghamburan
Sampel harus datar untuk menghasilkan analisis kuantitatif yang optimal
Cairan
Sampel harus segar ketika dianalisis dan analisis dilakukan secara cepat jika sampel mudah
menguap
Sampel tidak boleh mengandung endapan
21. Detektor
Cooling: LN2 or Peltier
Window: Beryllium or Polymer
Counts Rates: 3,000 – 50,000 cps
Resolution: 120-170 eV at Mn K-alpha
Window
Si(Li)
crystal
Super-Cooled Cryostat
FET
Pre-Amplifier
PIN Diode
Packaging: Similar to PIN Detector
Cooling: Peltier
Count Rates; 10,000 – 300,000 cps
Resolution: 140-180 eV at Mn K-alpha
Cooling: Thermoelectrically cooled (Peltier)
Window: Beryllium
Count Rates: 3,000 – 20,000 cps
Resolution: 170-240 eV at Mn k-alpha
Silicon Drift Detector
Si(Li) Detektor
22. Spektra XRF
Analisa Kualitatif
Identifikasi unsur-unsur yang terkandung
pada suatu material
Membandingkan nilai energi spesifik fluorisensi dari
masing-masing unsur.
energi spesifik fluorisensi unsur
Jumlah
Intensitas
Sinar
X
Unsur Energi Kα
V 4952 eV
Cr 5415 eV
Mn 5899 eV
Fe 6403 eV
Co 6930 eV
Ni 7478 eV
Cu 8048 eV
24. Kelebihan
• Mudah digunakan dan Sample dapat berupa
padat, bubuk (butiran) dan cairan
• Akurasi yang relative tinggi
• Dapat menentukan unsur dalam material
tanpa adanya standar (bandingkan dg. AAS)
• Banyak unsur dapat dianalisa sekaligus (Na- U)
• 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)
Kelemahan
• tidak dapat mengetahui senyawa apa yang
dibentuk oleh unsur-unsur yang terkandung
dalam material yang diteliti.
• tidak dapat menentukan struktur dari atom
yang membentuk material itu.
25. Dielectric relaxation behaviour of
Li and La co-doped NiO ceramics
A.A. Dakhel
Department of Physics, College of Science, University of Bahrain, P.O. Box 32038,
Bahrain
26. Prosedur Percobaan NiO didoping dengan kation Li+ dan La3+
LLNO-1 Li0.05La0.03Ni0.92O
LLNO-2 Li0.05La0.05Ni0.90O
Untuk analisis unsur dari sampel
menggunakan pengukuran spektroskopi
Energy Dispersive X-Ray Fluorescence
(EDXRF) dengan radiasi Cu Kα dan
detektor Amptek XR-100CR.
Untuk analisis struktur menggunakan
metode X-Ray Diffraction (XRD) dengan
radiasi Cu Kα (0.15406 nm) dengan scan
step 0.02o.
NiO, Li(OH).H2O,
Lantanum
Asetilasetonat
• Ditimbang secara stoikiometri
• Ditambahkan metanol dan digerus hingga homogen
• Dikalsinasi pada suhu 1000oC selama 20 jam
LLNO-1 dan LLNO-2
• Dibentuk menjadi pelet dengan ketebalan 1-2 mm
• Dikalsinasi pada suhu 1200oC selama 20 jam
• Analisis menggunakan XRD dan XRF
Analisis data
27. Analisis XRF
Spektrum menunjukan puncak :
Ni Kα (7.47 keV),
La Lα (4.65 keV),
La Lβ1 (5.04 keV),
La Lβ2 (5.38 keV)
Puncak dari Litium tidak terdeteksi pada detektor
28. Analisis XRD All patterns show a single NiO crystalline
phase that is cubic FCC (Fm3m) structure.
The reflection (200) has the highest intensity,
as in the standard diffraction pattern.
ICSD #92127 (NiO)
29. Structural and magnetic properties
of Mn-doped ZnO powders
M. El-Hilo n, A.A.Dakhel
Department of Physics, College of Science, University of Bahrain, P.O. Box
32038,Kingdom of Bahrain
30. Prosedur Percobaan
Mensisntesis ZnO yang didoping dengan
Mn, 0% (undoped), 3.9% (I), 3.3% (II) and
4.2% (II).
Analisis unsur untuk sampel menggunakan
metode spektroskopi Energy Dispersion X-
ray Fluorescence (EDXRF). Sinar-X dibentuk
dengan menggunakan Anoda Cu yang
dioperasikan pada 15 kV and 5 mA, dan
detektor Amptek XR-100CR.
bis(acetylacetonato), zinc(II)hydrate dan
tris (acetyla- cetonato) manganese(III).
• Ditimbang secara stoikiometri
• Dicampurkan dan dilarutkan dalam metanol
Campuran bahan
• Metanol diuapkan
• Campuran dimasukan kedalam krus alumina
• Dikalsinasi pada suhu 400oC selama 2 jam
Analisis data
Powder
• Dibentuk menjadi pelet dengan tekanan 750 MPa
• Dikalsinasi pada suhu 600oC selama 2 jam
• Analisis menggunakan XRD dan XRF
31. Analisis XRF
Spektrum EDXRF dari sampel menunjukan :
Mn Kα (5.898 keV),
Mn Kβ1 (6.490 keV),
Zn Kα (8.638 keV),.
Zn Kβ1 (9.572keV)
Dan signal dari Cu sumber sinar-X
32. Analisis XRD
The XRD patterns show that all the investigated samples
were polycrystalline with a hexagonal wurtzite structure
(space group P63mc) of ZnO. Signals arising from Mn, Mn
oxides, or any Mn related phases were not detected.
ICSD #157724
