Dokumen tersebut membahas berbagai teknik analisis kristal yang meliputi: - Identifikasi material dan parameter kristal menggunakan sinar-X dan mikroskop elektron. - Analisis morfologi partikel, komposisi unsur, dan sifat termal menggunakan SEM, TEM, EDS, DTA, TGA. - Penentuan luas permukaan dan ukuran partikel menggunakan BET dan SAA.

1. Analisis Kristal
Eva Musifa
1920412008

2. Material
Kristalinitas
Material
Teknik
Mikroskopi
Teknik Analisis
Termal
Teknik Analisis Ukuran
Partikel Luas Permukaan
• Identifikasi Material Baru
• Penentuan Kemurnian Sample
• Penentuan Parameter Kisi
• Penentuan Ukuran Kristal
• Pemurnian Struktur Material, dll
• Analisis Morfologi Dari Partikel
• Penentuan Komposisi Unsur (EDS)
• Titik Leleh
• Temperatur Fase
Transisi
• Stabilitas Termal
XRD
Difraksi
SEM
TEM
DTA
TGA
BET
SAA

3. Ultraviolet
POSISI PANJANG GELOMBANG SINAR X
1Hz - 1kHz 1kHz - 1014Hz
1014Hz - 1015Hz
1015Hz - 1021Hz
Extra-Low Frequency
(ELF)
Radio Microwave Infrared
Visible Light
X-Rays,
Gamma Rays
Low energy High energy
Rentangan  = 10-5 – 100 oA. Pemakaian umum  = 0,1 – 25 oA

4. Pembentukan Sinar-X
(E = hv, dimana E adalah perbedaan
energi antara orbital
ATOMe- e- K L M Ne-
e-
Kondisi Kuantum-K
EK
E = Sinar-X
e-

5. 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
Vakum
Air pendingin
Jendela Berilium
Sinar -Xe-
Kawat pijar
Tungsten
Logam Target

6. Untuk memperoleh panjang gelombang tunggal, digunakan suatu monokromator kristal tunggal.
Digunakan Hukum Braggs untuk menyeleksi panjang gelombang tunggal.
Umumnya garis K1 diseleksi, jika mungkin, ia mempunyai intensitas yang paling besar.
Eksperimen sinar-X

7. Produksi
Difraksi
Deteksi
Interpretasi
Tahapan Kerja Alat XRD
Rahman R, 2008

8. 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.

9. Indeks Miller merupakan kebalikan dari pertemuan fraksi h,k,l disepanjang masing-masing
arah unit sel : perpotongan pada a/h, b/k dan c/l.
Contoh : Bidang 2,8,1
- memotong setengah bagian disepanjang a,
- memotong seperdelapan bagian disepanjang b
- dan semuanya disepanjang c.
Untuk bidang yang paralel untuk satu dari arah sel satuan perpotongan adalah tidak
terbatas, dan karenanya Indeks Miller untuk sumbu ini adalah nol.
Pemisahan bidang-bidang diketahui sebagai jarak d dan biasanya dilambangkan dengan dhkl.
Gambaran dari 281 kelompok bidang
Tetragonal unit cell
showing the 231 plane
and the d-spacing

10. Hamburan sinar-X dari bidang yang
paralel
Jarak celah = WX + XY = 2dhkl sin  = n
(Persamaan Bragg)
n adalah bilangan bulat,
 adalah panjang gelombang sinar X.
Hubungan antara sudut difraksi dan parameter kisi dengan
persamaan Bragg.
Misalnya, sistem kubus
Kombinasi persamaan geometri untuk sistem kubus (dimana
a adalah paramter kisi):
2
222
2
1
a
lkh
d

 n = 2d sin dengan persamaan Bragg :
dimana n=1 dan penyusunan ulang untuk d memberikan

sin21

d 2
2
2
sin41



d

Penggantian untuk 1/d2 dalam persamaan pertama dan
penyusunan ulang memberikan
)(
4
sin 222
2
2
2
lkh
a



Persamaan ini memberikan informasi struktural dari kristal

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. Kemurnian fasa
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

13. Kristalinitas sampel
Suatu sampel dengan kristalinitas tinggi akan
memberikan intensitas difraksi yang tinggi dan
tajam. Jika suatu material berupa amorf, berapa
banyak fasa didalamnya tidak akan memberikan
puncak pola difraksi.
Crystalline
Amorphous
Hamburan dari sampel non-kristalin

14. Indeks Miller dengan bermacam-macam refleksi dalam pola, dapat digunakan untuk menentukan konstanta
sel. Penetapan ini mudah dicapai untuk sistem kristal dengan hubungan sederhana antara sudut difraksi
dan parameter kisi.
Hubungan persamaan sudut difraksi terhadap indeks Miller diberikan sebagai berikut:
)(
4
sin 222
2
2
2
lkh
a



Panjang gelombang dan parameter sel adalah konstan, dapat ditulis kembali sebagai
)(sin 2222
lkhC 
Penentuan dan refinement parameter kisi (pengideksan)
Membagi nilai sin 2 dari semua refleksi yang lain dengan refleksi yang pertama menghilangkan C dan
memberikan sejumlah yang cocok dengan perbandingan indeks Miller. Jika refleksi pertama adalah pada
sudut 2 dengan indeks Miller h,k,l dan refleksi umum adalah pada 2 dengan indeks Miller, h1,k1,l1,
kemudian:
222
2
1
2
1
2
1
2
2
sin
sin
lkh
lkh






15. Untuk kisi primitif, refleksi pertama adalah 100; jadi perbandingannya adalah:
2
2
1
2
1
2
1
2
2
1sin
sin lkh 



Jadi nilai h1,k1,l1 dapat dihitung.
Pengulangan prosedur untuk semua refleksi disebut data indeks Miller untuk refleksi 2
Tabel Indeks data difraksi serbuk
2 sin2 Perbandingan Indeks Miller
19.213
27.302
33.602
38.995
43.830
48.266
56.331
60.093
63.705
67.213
70.634
0.0279
0.0557
0.0836
0.1114
0.1393
0.1671
0.2228
0.2507
0.2785
0.3064
0.3342
1
2
3
4
5
6
8
9
10
11
12
100
110
111
200
210
211
220
300
310
311
222
Contoh: diberikan pembagi sin 2 untuk
refleksi 48,266 dalam Tabel dengan refleksi
pertama adalah 6. berapa nilai h, k dan l?
Maka dengan mencari nilai kuadrat yang
mungkin yaitu 22+12+12 = 6. Jadi refleksinya
adalah 211.
Pada kubus, abc sama akan sebanding dengan
121 atau 112.

16. Satu puncak dapat digunakan untuk menghitung parameter sel jika panjang gelombang
diketahui
Contoh: diberikan panjang gelombang sinar-X adalah 1,54 Å, menggunakan refleksi
222 pada Tabel sebelumnya, hitunglah paramter kisi a.
)(
4
sin 222
2
2
2
lkh
a



)222(
4
54.1
3342.0 222
2
2

a
Didapatkan a = 4.613 A0
Jawab :
Kemudian

17. Formula Scherrer menghubungkan ukuran kristal dengan
lebar puncak difraksinya, dan secara luas digunakan untuk
menentukan distribusi ukuran partikel :
t = Ukuran kristal (nm)
B = nilai FWHM
θ = Sudut Bragg
 = panjang gelombang cahaya sinar X.
K = konstanta “Shape Factor” (0,8-1)
Penurunan
ukuran partikel
dengan
pelebaran
puncak
Perkembangan lebar
puncak dengan penurunan
ukuran
Ukuran Kristal


cos
9,0
22
stsp BB
t



18. Mikroskop Elektron
ME telah menjadi bagian yang sangat penting dibidang penentuan struktur, menghasilkan
informasi morfologi,
struktur permukaan dan
komposisi unsur untuk fasa yang baru atau yang belum diketahi.
Anlisis kristal tunggal.
Prinsipnya menggunakan sinar-X untuk mengimajinerkan strukur atomiknya. Panjang gelombang yang sangat
pendek memungkinkan resolusi yang lebih tajam dibandingkan mikroskop optik biasa.
TIPE
mode refleksi (elektron direfleksikan dari permukaan): SEM
mode transmisi (elektron melewati terus sampel) : TEM

19. What is Transmission Electron Microscope (TEM)???

20. works much like a light microscope, transmitting
a beam of electrons through a thin specimen
and then focusing the electrons to form an
image on a screen or on film.
Pass a beam of electrons through the specimen.
The electrons that pass through the specimen
are detected on a fluorescent screen on which
the image is displayed.
Pada TEM, sample yang sangat tipis ditembak
dengan berkas electron yang berenergi sangat
tinggi (dipercepat pada tegangan ratusan kV).
Berkas electron dapat menenbus bagian yang
“lunak” sample tetapi ditahan oleh bagian keras
sample (seperti partikel). Detektor yang berada di
belakang sample menangkap berkas electron yang
lolos dari bagian lunak sample. Akibatnya
detector menangkap bayangan yang bentuknya
sama dengan bentuk bagian keras sample (bentuk
partikel).

21. Pada sampel non konduktor
permukaan dilapisi dengan
emas atau grafit untuk
menghindari penumpukan
muatan permukaan.
What is Scanning Electron Microscope (SEM)???

22. Sampel yang terkena tembakan elektron akan
memancarkan elektron dan X-ray. Elektron yang
dipancarkan oleh sampel berupa backscattered
electron (BSE) primer, secondary electron (SE), dan
elektron auger. Pancaran elektron backscattered
primer dan elektron sekunder akan diperkuat,
kemudian detektor akan menangkap pancaran
tersebut (BSE dan SE) serta X-ray, selanjutnya
mengkonversi ketiganya menjadi sinyal yang
kemudian dikirim ke layar monitor. Gambar yang
terlihat pada monitor inilah hasil dari keseluruhan
prosesnya.

23. SEM TEM

24. Scanning Transmission Electron Microscope (STEM)
Teknik ini menggabungkan fitur dari SEM dan TEM, dan alat ini juga dapat digunakan
pada bidang analitik karena sinyal pemindaian dikumpulan secara simultan. Gambar
yang didapatkan dapat dianalisis untuk fitur seperti kedalaman, tekstur permukaan
dan lain-lain.

25. Analisis Termal
Metode termal digunakan untuk menentukan perubahan fasa sebagai fungsi temperatur dan untuk
menentukan jumlah yang tidak diketahui, seperti tingkat hidrasi atau kandungan oksigen.
Analisis termal dapat juga digunakan sebagai teknik untuk mengukur sifat material sebagai fungsi
temperatur.
a. Differential Scanning Calorimetry (DSC)
b. Thermogravimetry analysis (TGA)
c. Differential Thermal Analysis (DTA)
d. Thermochemical Analysis (TMA)
e. Dynamic Mechanical Analysis (DMA)

26. Analisis termogravimetri (TGA)
Jejak TGA untuk penguraian Al2Si2O7.xH2O dalam udara setelah pemanasan produk akhir adalah
Al2Si2O7, tentukan nilai x.
Jika masa formula relatif Al2Si2O7 adalah A, kemudian penyusunan ulang memberikan
jadi x = 2
7222722
7,22
.
4,26
OSiAlRMMOHOSiAlRMM

)18)(7,22(
)7,224,26( 

A
x

27. 400 600 800 1000
Temperatur (C)
Diferensial 22,7
26,4
Berat(mg)
Gambar 3.23 Spektra TGA dan DTA dari penguraian kaolinit
sebagai fungsi dari temperatur
Kurva DTA untuk dekomposisi kalinit dan rekristalisasinya ke mulit ditunjukkan pada gambar 3.23
Differential Thermal Analysis (DTA)

28. Teknik Analisis Ukuran Partikel Luas Permukaan
Surface Area Analyzer (SAA) merupakan salah satu alat utama dalam karakterisasi
material. Alat ini khususnya berfungsi untuk menentukan luas permukaan material,
distribusi pori dari material dan isotherm adsorpsi suatu gas pada suatu bahan.

29. Proses Analisa

30. Contoh Hasil Analisa

31. Contoh Hasil Analisa
Teori BET dapat digunakan setelah dilakukan uji menggunakan alat SAA (Surface Area Analyzer). Alat
ini berfungsi untuk menentukan diameter dan volume pori, serta luas permukaan spesifik material