Bab II Tinjauan Pustaka
2.5. Analisis dengan X-Ray Fluorescene
X-Ray Fluoerescene merupakan suatu metode analisis suatu bahan yang sifatnya tidak merusak (non-destruktif). Sebuah sumber X-ray digunakan untuk meradiasi sampel dan menyebabkan unsur-unsur di dalam sampel tersebut mengeluarkan karakteristik sinar X yang mereka miliki. Sebuah system pendeteksi digunakan untuk mengukur posisi puncak pendaran sinar x untuk identifikasi kualitatif terhadap keberadaan unsur, dan mengukur intensitas puncak untuk penentuan kuantitatif terhadap komposisi tersebut. Semua unsur terkecuali unsur dengan massa atom yang rendah dapat dianalisis dengan menggunakan alat X-Ray Fluorescene.
Ketika sebuah unsur ditembakkan oleh sinar X, karakteristik radiasi akan dikeluarkan sebagai bentuk energi yang akan dipergunakan elektron dalam perpindahan dari satu orbital ke orbital lainnya. Sinar primer dari tabung (tube) sinar X menyebabkan perpendaran karakteristik berupa garis lurus dari unsur yang terdapat dalam suatu sampel.
Kadar pengotor (impurities) dalam kokas dapat ditentukan dengan menggunakan X-Ray Fluorescene dengan pellet yang ditekan (pressed) dengan diameter 40 mm. Analisis X-ray fluorescene merupakan metode penentuan elemen dalam padatan atau cairan yang cepat, tidak merusak, baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Dengan peralatan konvensional, hal ini berdasarkan pada pengukuran panjang gelombang dan intensitas sinar X yang diemisikan oleh sampel, ketika tereksitasi oleh sinar dari tabung X-ray primer. Pada dasarnya ini merupakan sebuah teknik permukaan, karena sinar primer tidak masuk terlalu jauh kedalam zat tersebut. Biasanya hanya beberapa micrometer untuk unsur yang cukup berat seperti emas dan sekitar setengah millimeter untuk unsur-unsur yang lebih ringan seperti aluminium.
Energi yang tinggi yang terkandung di dalam sebuah sinar X menyebabkan sebuah sampel mengeluarkan karakteristik sinar X dari atom-atom di dalam sample tersebut. Elemen diidentifikasi dari panjang gelombang atau energi dari karakteristik radiasi ini, dan konsentrasi dihitung dari pengukuran intensitas.
(Clive Whiston, 1987)
Penembakan suatu bahan atau logam tertentu oleh sejumlah elektron, yang memiliki energi yang cukup besar dapat menghasilkan sinar-X. Hampir semua energi kinetik dari elektron ini berubah menjadi panas, tapi sebagian dari padanya berubah menjadi sinar X.
E = 1,1 X 10-9Z . V
Keterangan : E ; Efisiensi pembentukan sinar X Z ; Nomor atom target
V ; Tegangan listrik dari sinar X Prinsip pembentukan sinar X
Sinar X Filamen Target Elektron + _ Listrik bertegangan Tinggi
Gambar 1. Pembentukan sinar X
X-ray tubeadalah sumber sinar X yang paling banyak dipergunakan dalam peralatan diffraksi sinar-X, X-ray tube ini mempunyai berbagai bentuk untuk berbagai kegunaan. Efisiensi kerja dari alatX-ray tube ini, sangat dipengaruhi oleh titik lebur dan daya hantar panas dari target. Pengukuran panjang gelombang dari sinar X adalah melalui pengukuran sudut difraksi dengan menggunakan kristal. Hubungan antara panjang gelombang ( ), ketebalan kristal dan sudut difraksi ( ) dinyatakan dengan persamaanBraggs:
2 d sin = n
Keterangan : n ; Derajat refleksi ( konstanta )
; Sudut yang terbentuk antara sinar datang dengan bidang kristal.
d ; Tebal kristal
d
Gambar 2. Difraksi Sinar-X (X-Ray User Guide)
Analisa kualitatif digunakan untuk menentukan elemen-elemen apa saja yang ada di dalam sampel. Ini juga dapat digunakan sebagai analisa kuantitatif untuk menentukan :
- level dan bentukbackground
- Adanya garis lain yang berlebih
Analisa kualitatif biasanya dilakukan dengan memeriksa secara lamban sepanjang sudut 2 yang terbentuk. Sebuah puncak akan ditemukan hanya jika hokum Bragg terpenuhi. Spektrum yang dihasilkan dari pemeriksaan ini memiliki puncak-puncak yang berkaitan dengan elemen-elemen yang ada dalam sampel. Selama pemeriksaan, goniometer memutar kristal melalui sudut sementara detektor berputar melalui sudut 2 . Ini memastikan bahwa sudut antara sinar-x, kristal dan detektor selalu memenuhi hokum Bragg. Intensitas daribackgroundbergantung pada sejumlah faktor, termasuk :
- komposisi sampel - pengaturan optik
Intensitas dari puncak-puncak tersebut dipengaruhi oleh konsentrasi dari elemen-elemen dalam sampel dan hasil perpendaran dari garis karakteristik, sebagai tambahan dari beberapa faktor diatas. Posisi puncak pada spektrum yang keluar bergantung pada panjang gelombang dari unsur dan Kristal yang digunakan, seperti yang dapat dilihat dengan mengubah hukum Bragg :
Sin = n 2d
Karena panjang gelombang untuk setiap elemen adalah sama, variabel satu-satunya adalah 2d jarak dari kristal. Jadi, perbedaan kristal akan menghasilkan puncak pada lokasi yang berbeda untuk elemen yang sama.
Analisa kuantitatif digunakan untuk menghasilkan konsentrasi dari elemen-elemen yang ada dalam sampel. Ini merupakan sebuah metode analisa komparatif, yang berdasarkan fakta bahwa intensitas terukur dari radiasi karakteristik dari sebuah elemen dalam sampel langsung terhubung dengan konsentrasinya. Dengan membandingkan intensitas yang terukur dengan intensitas untuk sampel yang telah diketahui konsentrasinya, ini memungkinkan untuk menghitung konsentrasi dari elemen tersebut.
Inti dari analisa kuantitatif adalah kalibrasi. Ini membentuk factor konsentris dari intensitas terukur dengan konsentrasi dari sebuah elemen. Setiap elemen yang diinginkan harus dikalibrasi sebelum hasilnya dapat diperoleh. Kalibrasi dilakukan dengan mengukur sejumlah standar (sampel kalibrasi) yang mengandung konsentrasi yang telah diketahui dengan baik dari elemen-elemen tersebut yang diinginkan tadi. Kalibrasi terdiri dari sejumlah tahapan :
- mengukur sampel standar
- menggambar kurva kalibrasi ; intensitas yang terukur harus digambar versus konsentrasi yang telah diketahui, yang menghasilkan garis regresi .
Jika prosedur ini telah diselesaikan untuk semua elemen yang diinginkan, maka sampel normal dapat kemudian diukur dan dihitung konsentrasinya. Intensitas yang direkam ketika mengukur standar kalibrasi digambarkan versus konsentrasi yang telah diketahui dari elemen-elemen tersebut untuk menciptakan kurva kalibrasi atau garis regresi . Perbandingan intensitas terukur dari sampel normal versus garis tersebut memberikan hasil konsentrasi dari elemen dalam sampel. Garis regresi diekstrapolasi dalam dua arah dari titik yang terukur. Titik dimana garis yang melalui sumbu Y merupakan levelbackground(Rb) dari pengukuran.
Konsentrasi dapat diukur dari persamaan : C = (Rp Rb) / m
Dimana : C : konsentrasi
Rp: intensitas puncak yang terukur Rb: intensitasbackground