STABILITAS OBAT
Makalah
“X Ray Diffraction (XRD) - Kristalografi Sinar X”
Oleh
Prisca Safriani Wicita
260120160001
DEPARTEMEN FARMASETIKA DAN TEKNOLOGI FARMASI
PROGRAM STUDI PASCASARJANA FARMASI
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS PADJADJARAN
i KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat anugerah dan bimbingan-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan makalah ini. Konten makalah terkait dengan penjelasan tentang “X-Ray Diffraction (XRD)” yang bertujuan untuk memenuhi tugas mata kuliah Stabilitas Obat.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih dan apresiasi sebesar-besarnya kepada berbagai pihak yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini terutama kepada Ibu Dr. rer. Nat. Anis Yohana., Apt selaku dosen pembimbing dalam mata kuliah Satabilitas Obat. Penulis menyadari akan sangat sulit menyelesaikan makalah ini tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak.
Penulis juga menyadari bahwa makalah ini masih belum sempurna, namun penulis berharap semoga makalah ini Sapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan pada umumnya terutama ilmu Farmasi pada khususnya.
1 BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang
Stabilitas dalam arti luas dapat didefinisikan sebagai ketahanan suatu produk sesuai dengan batas-batas tertentu selama penyimpanan dan penggunaanya atau umur simpan suatu produk dimana produk tersebut masih mempunyai sifat dan karakteristik yang sama seperti pada waktu pembuatan. Banyak faktor yang mempengaruhi stabilitas dari sediaan farmasi, antara lain stabilitas bahan aktif, interaksi antara bahan aktif dengan bahan tambahan, proses pembuatan bentuk sediaan, kemasan, cara pengemasan dan kondisi lingkungan yang dialami selama pengiriman, penyimpanan, penanganan dan jarak waktu antara pembuatan dan penggunaan. Faktor lingkungan seperti temperatur, radiasi cahaya dan udara (khususnya oksigen, karbon dioksida dan uap air) juga mempengaruhi stabilitas. Demikian pula faktor formulasi seperti ukuran partikel, pH, sifat dari air dan sifat pelarutnya dapat mempengaruhi stabilitas (Osol et al, 1980; USP, 1990).
Stabilitas sediaan farmasi merupakan salah satu kriteria yang amat penting untuk suatu hasil produksi yang baik. Ketidakstabilan produk obat dapat mengakibatkan terjadinya penurunan sampai dengan hilangnya khasiat obat, obat dapat berubah menjadi toksik atau terjadinya perubahan penampilan sediaan (warna, bau, rasa, konsistensi dan lain-lain) yang akibatnya merugikan bagi si pemakai. Ketidakstabilan suatu sediaan farmasi dapat dideteksi melalui perubahan sifat fisika, kimia serta penampilan dari suatu sediaan farmasi. Besarnya perubahan kimia sediaan farmasi ditentukan dari laju penguraian obat melalui hubungan antara kadar obat dengan waktu, atau berdasarkan derajat degradasi dari suatu obat yang jika dipandang dari segi kimia, stabilitas obat dapat diketahui dari ada atau tidaknya penurunan kadar selama penyimpanan (Ansel, 1989; Lachman et al,1994).
2 mengkristalisasi dalam bentuk lebih dari satu spesies kristalin dengan perbedaan kisi internal. Stabilitas kimia, sifat prosessing atau ketersediaan hayati berubah akibat polimorfisme.
Perbedaan utama dari solida dan bentuk fisik lain adalah apakah padatan berbentuk kristalin atau amorf. Pada karakterisasi Kristal,atom dan molekul ditetapkan secara berulang dalam susunan tiga dimensi,sedangkan pada bentuk amorf, atom atau molekul tersusun secara acak seperti dalam suatu cairan. Semua bentuk amorf dan bentuk kristalin akan dikonversi menjadi bentuk kristalin stabil. Polimorf menstabilkan akan dikonversi menjadi bentuk stabil secara pelahan-lahan atau secara cepat (bergantung zatnya), dan ini merupakan hal yang sangat penting dalam farmasi adalah bentuk yang cukup stabil untuk menjamin usia guna-sediaan dan ketersediaan hayati.
Dalam dunia industri, suatu obat perlu dilakukan pengujian stabilitasnya menggunakan metode-metode dan istrumen yang sesuai. Salah satu instrument yang digunakan untuk menguji stabilitas obat dalam hal ini untuk tujuan karakterisasi dan identifikasi ketidakstabilan obat yaitu X-Ray Diffraction yang akan dijelaskan dalam makalah ini.
1.2 Rumusan Masalah
a. Bagaimana Sejarah X-Ray Diffraction ?
b. Apa itu X-Ray dan aplikasinya ?
c. Bagaimana prinsip kerja dari X-ray Diffraction dan Hukum Braggs?
d. Apa saja Komponen X-ray Diffraction ?
e. Apa keuntungan dan kerugian dari X-Ray Diffraction?
f. Bagaimana instrumentasi alat X-Ray Diffraction ?
g. Apa itu Powder X-Ray Diffraction ?
h. Apa itu kristalografi sinar X ? 1.3 Tujuan
4 tahun 1895. seorang profesor fisika dan rektor Universitas Wuerzburg di Jerman dengan sungguh-sungguh melakukan penelitian tabung sinar katoda. Ia membungkus tabung dengan suatu kertas hitam agar tidak terjadi kebocoran fotoluminesensi dari dalam tabung ke luar. Lalu ia membuat ruang penelitian menjadi gelap. Pada saat membangkitkan sinar katoda, ia mengamati sesuatu yang di luar dugaan. Pelat fotoluminesensi yang ada di atas meja mulai berpendar di dalam kegelapan. Walaupun dijauhkan dari tabung, pelat tersebut tetap berpendar. Dijauhkan sampai lebih 1m dari tabung, pelat masih tetap berpendar. Roentgen berpikir pasti ada jenis radiasi baru yang belum diketahui terjadi di dalam tabung sinar katoda dan membuat pelat fotoluminesensi berpendar. Radiasi ini disebut sinar-x yang maksudnya adalah radiasi yang belum diketahui.
Dinamakan dengan sinar-X pada waktu itu dikarenakan tidak diketahuinya apa sebenarnya sinar tersebut, maka disebutlah dengan sinar-X. Sinar-X digunakan untuk tujuan pemeriksaan yang tidak merusak pada material maupun manusia. Disamping itu, sinar- X dapat digunakan dalam analisis kualitatif dan kuantitatif material.
5 karena itu, suatu tabung sinar-x harus mempunyai suatu sumber elektron, voltase tinggi, dan logam sasaran (Warren, 1996).
Pada waktu suatu material dikenai sinar X, maka intensitas sinar yang ditransmisikan lebih rendah dari intensitas sinar dating. Hal ini disebabkan adanya penyerapan oleh material dan juga penghamburan oleh atom-atom dalam material tersebut. berkas sinar X yang dihamburkan tersebut ada yang saling menghilangkan karena fasanya berbeda ada juga yang saling menguatkan karena fasanya sama. Berkas sinar X yang saling menguatkan itulah yang disebut sebagai berkas difraksi. Berikut adalah gambar mengenani peristiwa tersebut:
Gambar 1 Mekanisme Berkas Sinar-X
Secara umum teknik difraksi sinar-x digunakan untuk mengetahui kristalinitas dari suatu bahan seperti logam, keramik, polimer, dan komposit, dalam arti apakah suatu material memiliki fasa amorf atau kristal. Untuk bahan kristal, teknik ini juga menghasilkan informasi tentang struktur kristal, berupa parameter kisi dan jenis struktur (Smallman and Bishop, 2000).
6 kerja inilah yang kemudian dimanfaatkan dan dibuat beberapa jenis alat dengan menerapkan prinsip dari Hukum Bragg. Salah satu jenis alat tersebut adalah X -RayDiffraction.
Penentuan struktur kristal dengan teknik sinar x didasarkan pada hukum Bragg, yang secara matematis dinyatakan dengan: n λ = 2 d sinθ dengan: n bilangan bulat 1, 2, 3 ... λ adalah panjang gelombang sinar-x d adalah jarak antar bidang θ adalah sudut difraksi (Scintag, 1999). Hukum Bragg menyatakan bahwa perbedaan lintasan berkas difrasi sinar-x harus merupakan kelipatan panjang gelombang. Secara umum pada proses difraksi sinar-x, apabila suatu bahan dikenai sinar-x maka intensitas sinar-x yang ditransmisikan lebih kecil dari intensitas sinar datang. Hal ini disebabkan adanya penyerapan oleh bahan dan juga penghamburan oleh atom-atom dalam material tersebut. Berkas sinar yang dihantarkan tersebut ada yang saling menghilangkan karena fasenya berbeda dan ada juga yang saling menguatkan karena fasenya sama. Berkas sinar-x yang saling menguatkan disebut sebagai berkas difraksi. Persyaratan yang harus dipenuhi agar berkas sinar-x yang dihamburkan merupakan berkas difraksi inilah yang kemudian dikenal sebagai Hukum Bragg. Telah banyak penelitian yang menggunakan XRD sebagi alat karakterisasi yang digunakan untuk mempelajari perubahan fasa dari suatu material. Seperti AlMamun, et al. (2011) mempelajari pembentukan nanoalumina dengan metode laser ablation menggunakan bahan baku crystal corondum.
2.1.2 Definisi X-ray Diffraction (XRD)
Spektroskopi difraksi sinar-X (X-ray difraction/XRD) merupakan salah satu metoda karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga sekarang. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel.
7 difraksi dengan sinar-X. XRD dapat digunakan untuk menentukan fase apa yang ada didalam bahan dan konsentrasi bahan-bahan penyusunnya. XRD juga dapat mengukur macam-macam keacakan dan penyimpangan Kristal serta karakterisasi material Kristal. XRD juga dapat mengidentifikasi mineral-mineral yang berbutir halus seperti tanah liat.
Difraksi Sinar X merupakan teknik yang digunakan dalam karakteristik material untuk mendapatkan informasi tentang ukuran atom dari material kristal maupun nonkristal. Difraksi tergantung pada struktur kristal dan panjang gelombangnya. Jika panjang gelombang jauh lebih dari pada ukuran atom atau konstanta kisi kristal maka tidak akan terjadi peristiwa difraksi karena sinar akan dipantulkan sedangkan jika panjang gelombangnya mendekati atau lebih kecil dari ukuran atom atau kristal maka akan terjadi peristiwa difraksi. Ukuran atom dalam orde angstrom (Å) maka supaya terjadi peristiwa difraksi maka panjang gelombang dari sinar yang melalui kristal harus dalam orde angstrom (Å).
8 Pada X-RD, sinar X dipilih karena merupakan radiasi elektromagnetik yang memiliki energy tinggi sekitar 200 eV sampai 1 MeV. Sinar-X dihasilkan oleh interaksi anatar a berkas elektron eksternal dengan elektron pada kulit
atom. Spectrum Sinar X memiliki panjang gelombang 10-5 – 10 nm,
berfrekuensi 1017 – 1020 Hz dan memiliki energy 103 – 106 eV. Panjang gelombang sinar X memiliki orde yang sama dengan jarak antar atom sehingga dapat digunakan sebagai sumber difraksi Kristal.
Gambar X-Ray Diffraction di
Laboratorium Pusat UNS
Gambar Rangkaian X-Ray Diffraction
2.1.3 Prinsip X-ray Diffraction (XRD)
Dasar dari prinsip pendifraksian sinar X yaitu difraksi sinar-X terjadi pada hamburan elastis foton-foton sinar-X oleh atom dalam sebuah kisi periodik. Hamburan monokromatis sinar-X dalam fasa tersebut memberikan interferensi yang konstruktif. Dasar dari penggunaan difraksi sinar-X untuk mempelajari kisi kristal adalah berdasarkan persamaan Bragg:
n.λ = 2.d.sin θ ; n = 1,2,3,4,…….
Dengan λ adalah panjang gelombang sinar-X yang digunakan, d adalah
9 normal, dan n adalah bilangan bulat yang disebut sebagai orde pembiasan. Berdasarkan persamaan Bragg, jika seberkas sinar-X di jatuhkan pada sampel kristal, maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar-X yang memiliki panjang gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut. 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. Puncak-puncak yang didapatkan dari data pengukuran ini kemudian dicocokkan dengan standar difraksi sinar-X untuk hampir semua jenis material. Standar ini disebut JCPDS.
Prinsip – prinsip dari difraksi adalah hasil dari pantulan elastis yang terjadi ketika sebuah sinar berbenturan dengan sasaran serta pantulan sinar yang bersifat elastis. Fenomena dapat dijelaskan dengan Hukum Bragg. Sinar X dalam pembangkitannya dideskripsikan oleh gambar dibawah ini yang didalam sinar x terdapat dua jenis radiasi yaitu sinar x kontinyu dan karakteristik. untuk alat XRD terdapat filter guna menyaring sinar x kontinyu dan hanya meneruskan sinar x karakteristik.
Gambar Mekanisme X-Ray Diffraction
Prinsip dari alat XRD (X-ray powder diffraction) adalah sinar X yang
10 elastis yang dapat dideteksi. Maka menurut Hukum Bragg jarak antar bidang atom dapat dihitung dengan data difraksi yang dihasilkan pada besar sudut – sudut tertentu. Prinsip ini di gambarkan dengan diagram dibawah ini.
Gambar Mekanisme X-Ray Diffraction
Seberkas sinar-X dengan panjang gelombang λ (cahaya monokromatik)
jatuh pada struktur geometris atom atau molekul dari sebuah kristal pada sudut datang θ. Jika beda lintasan antara sinar yang dipantulkan dari bidang yang berturut-turut sebanding dengan n panjang gelombang, maka sinar tersebut mengalami difraksi. Peristiwa difraksi mungkin terjadi karena jarak antaratom dalam kristal dan molekul berkisar antara 0,15 hingga 0,4 nm, yang bersesuaian dengan spektrum gelombang elektromagnet pada kisaran panjang gelombang sinar-X dengan energi foton antara 3 hingga 8 keV. Sesuai dengan Hukum Bragg, dengan memvariasi sudut θ diperoleh lebar antar celah yang berbeda dalam bahan polikristalin. Kemudian, posisi sudut dan intensitas puncak hasil difraksi digrafikkan dan diperoleh pola yang merupakan karakteristik sampel. Setiap kristal memiliki pola XRD yang berbeda satu sama lain yang bergantung pada struktur internal bahan. Pola XRD ini merupakan karateristik dari masing-masing bahan sehingga disebut sebagai ‘fingerprint’ dari suatu mineral atau
bahan kristal.
11 dilakukannya pengujian analisis struktur kristal adalah untuk mengetahui perubahan fase struktur bahan dan mengetahui fase-fase apa saja yang terbentuk selama proses pembuatan sampel uji. Tahap pertama yang dilakukan dalam analisa sinar-X adalah melakukan analisa pemeriksaan terhadap sampel x yang belum diketahui strukturya. Sampel ditempatkan pada titik focus hamburan sinar-X yaitu tepat ditengah-tengah plate yang digunakan sebagai tempat yaitu sebuah plat tipis yang berlubang ditengah berukuran sesuai dengan sampel (pellet) dengan perekat pada sisi baliknya.
Secara umum prinsip kerja XRD : Berkas sinar-X didifraksikan oleh sampel dan difokuskan melewati celah , kemudian masuk ke alat pencacah. Apabila sampel berputar sebesar 2 maka alat pencacah berputar sebesar . 4. Intensitas difraksi sinar-X direkam dalam bentuk kurva terhadap jarak antara bidang d. Untuk mengetahui fasa dan struktur material yang diamati dapat dilakukan dengan cara sederhana, yaitu dengan cara membandingkan nilai d yang terukur dengan nilai d pada data standar. Data standar dapat diperoleh melalui Joint Committee of Powder Difraction Standart (JCPDS) atau dengan hanawalt.
XRD memberikan data-data difraksi dan kuantisasi intensitas difraksi pada sudut-sudut dari suatu bahan. Data yang diperoleh dari XRD berupa intensitas difraksi sinar-X yang terdifraksi dan sudut-sudut 2θ. Tiap pol ayang muncul pada pola XRD mewakili satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu. (Widyawati, 2012).
12 terjadi interferensi konstruktif antara sinar yang terhambur dan beda jarak lintasnya maka harus memenuhi pola nλ(Taqiyah, 2012).
2.1.4 Struktur Morfologi X-Ray Diffraction (XRD)
XRD terdiri dari tiga bagian utama, yaitu tabung sinar-X (sumber monokromatis), tempat obyek yang diteliti (chamber), dan detektor sinar-X.
Sinar-X dihasilkan oleh tabung sinar-X yang berisi katoda. Dengan memanaskan filamen di dalamnya akan dihasilkan elektron yang gerakannya dipercepat dengan memberikan beda potensial antara katoda dan anoda. Sinar-X yang dihasilkan akan bergerak dan menembaki obyek yang berada dalam chamber. Ketika menabrak elektron dalam obyek, dihasilkan pancaran
sinar-X. Obyek dan detektor berputar untuk menangkap dan merekam intensitas dari pantulan sinar-X. Selanjutnya, detektor merekam dan memproses sinyal sinar-X dan mengolahnya dalam bentuk grafik.
Skema dasar dari difraktometer sinar-X terdiri dari sebuah sumber radiasi monokromatik dan detektor sinar-X yang diletakkan pada keliling lingkaran. Detektor sinar-X dapat bergerak sepanjang keliling lingkaran yang memiliki tanda sebagai ukuran besar sudut. Pusat lingkarannya berupa tempat spesimen (chamber). Sebuah celah pemencar (divergent slits) ditempatkan di
antara sumber sinar-X dengan spesimen, dan sebuah celah pengumpul (receiving slits) ditempatkan spesimen dan detektor. Celah pengumpul ini dapat
membatasi radiasi yang terhambur (bukan yang terdifraksi), mengurangi derau latar (background noise) dan membuat arah radiasi menjadi sejajar. Detektor
dan tempat spesimen secara mekanis dibuat berpasangan dengan goniometer. Goniometer merupakan alat untuk mengukur sudut atau membuat suatu obyek (dalam hal ini adalah detektor) berotasi dalam posisi sudut yang tepat. Dalam set XRD, rotasi detektor melalui sudut sebesar 2θ terjadi bersamaan dengan rotasi spesimen sebesar θ, dengan perbandingan tetap 2:1.
1. Sinar-X
elektron-13 elektron tersebut dipercepat terhadap suatu target dengan memberikan suatu voltase, dan menembak target dengan elektron. Ketika elektron mempunyai energi yang cukup untuk mengeluarkan elektron-elektron dalam target, karakteristik spektrum sinar-X dihasilkan. Alat untuk menghasilkan sinar-X harus terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu :
a. Sumber elektron (katoda)
b. Tegangan tinggi untuk mempercepat elektron c. Logam target (anoda)
Gambar Bagian-bagian Utama XRD
Sinar-X merupakan salah satu bentuk radiasi elektromagnetik yang mempunyai energy anatar 200 eV sampai dengan 1 MeV dengan panjang gelombang antara 0,5 sampai dengan 2,5 Ȧ. Panjang gelombangnya hampir sama dengan jarak antara atom dalam kristal, menyebabkan sinar-X menjadi salah satu teknik dalam analisa mineral (Suryanarayana dan Norton, 1998).
14 energi 103 -106 eV. Panjang gelombang sinar X memiliki orde yang sama dengan jarak antar atom sehingga dapat digunakan sebagai sumber difraksi kristal.
Sinar X :adalah pancaran gelombang elektromagnetik yang sejenis dengan gelombang radio, panas, cahaya sinar ultraviolet, tetapi mempunyai panjang gelombang yang sangat pendek sehingga dapat menembus benda-benda. Sinar X ditemukan oleh sarjana fisika
berkebangsaan Jerman yaitu W. C. Rontgen tahun 1895
Hamburan sinar-X dihasilkan jika suatu elektroda logam ditembakkan dengan elektron-elektron dengan kecepatan tinggi dalam tabung vakum. Suatu kristal dapat digunakan untuk mendifraksi berkas sinar-X dikarenakan orde dari panjang gelombang sinar-X hampir sama atau lebih kecil dengan orde jarak antar atom dalam suatu kristal (Zulianingsih, 2012).
Karakterisasi menggunakan metode difraksi merupakan metode analisa yang penting untuk menganalisa suatu kristal. Karakterisasi XRD dapat digunakan untuk menentukan struktur kristal menggunakan sinar-X. Metode ini dapat digunakan untuk menentukan jenis struktur, ukuran butir, konstanta kisi, dan FWHM. Sinar-X merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang diantara 400-800 nm (Smallman & Bishop, 1999).
15 sinar-X dengan tenaga sebesar dengan Ee adalah tenaga elektron, yang
dinamakan sinar-X Bremsstrahlung. Setelah menumbuk, elektron memiliki tenaga sebesar E < Ee. Karena keadaan awal dan akrir elektron
tidak terkuantisasi, maka photon yang dihasilkan memiliki spektrum dengan panjang gelombang yang semambung. Sebuah elektron yang dipercepat menggunakan beda potensial sebesar volt, elektron memiliki tenaga gerak sebesar dan tenaga maksimum sinar-X yang dihasilkan adalah . Selain radiasi Bremsstrahlung, elektron yang ditumbukkan ke logam berat akan menghasilkan radiasi sinar-X dengan gelombang cemiri. Proses terjadinya sinar-X cemiri adalah sebagai berikut. Tumbukan antara elektron bebas yang dipercepat dengan atom sasaran menghasilkan transfer tenaga. Elektron bebas yang ditumbukkan memberikan tenaganya kepada elektron orbit atom sasaran. Apabila tenaga yang ditransfer cukup besar, terjadi peristiwa ionisasi. Tenaga ionisasi elektron terluar hanyalah sekitar 100 eV dani tenaga ionisasi elektron dari kulit K sekitar 120 keV. Tetapi sinar-X memiliki
kebolehjadian yang lebih besar berinteraksi dengan elektron di kulit K daripada dengan elektron di kulit atom yang lebih luar (Suharyana, 2012).
Misalkan sebuah elektron di kulit K terionisasi sehingga terdapat sebuah kekosongan elektron di kulit K. Tempat yang kosong ini segera
diisi oleh elektron yang berada pada keadaan tenaga yang lebih tinggi, misalnya elektron di kulit L atau M yang disertai dengan pancaran sebuah
photon. Jika elektron pengisi kekosongan berasal dari kulit L maka sinar-X yang dihasilkan dinamakan sinar-x Ka. Sedangkan jika berasal dari
kulit Ldinamakan sinar-X Kb, dan bila berasal dari kulit M dinamakan
sinar-X Kg(Suharyana, 2012).
Ketika kulit L terdapat sebuah lubang elektron karena ditinggalkan
oleh elektron yang berpindah ke kulit K, maka sebuah elektron dari kulit M, N atau O akan bertransisi mengisi lubang tersebut. Kelebihan
16 yaitu radiasi sinar-X cemiri. Bila elekron yang mengisi berasal dari kulit M maka sinar-X yang terjadi dinamakan sinar-X La, sedangkan jika
berasal dari kulit N dinamakan sinar-X Lb.
Sinar-X yang diperoleh memberikan intensitas puncak tertentu yang bergantung pada kebolehjadian transisi elektron yang terjadi. Transisi Kα lebih mungkin terjadi dan memiliki intensitas yang lebih tinggi daripada transisi Kβ, sehingga radiasi Kα yang digunakan untuk keperluan difraksi sinar-X. Sinar-X juga dapat dihasilkan oleh proses perlambatan elektron pada saat menembus logam sasaran. Proses perlambatan ini menghasilkan sinar-X yang biasa disebut sebagai radiasi putih. Hasil dari semua proses tadi untuk logam tertentu adalah spektrum
khas sinar-X, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Terdapat bentuk dasar yang terbentuk oleh radiasi putih dan puncak khas tajam yang bergantung pada kuantisasi transisi elektron
Spektrum panjang gelombang sinar-X pada logam
Terdapat beberapa jenis pancaran panjang gelombang yang dihasilkan dengan intensitas yang berbeda, dimana panjang gelombang Kα1 memiliki intensitas yang lebih tinggi, sehingga digunakan dalam difraksi sinar-X.
Sinar-X yang monokromatis sangat diperlukan dalam suatu eksperimen difraksi sinar-X. Untuk tujuan itu salah satunya dapat digunakan filter, yang secara selektif meneruskan panjang gelombang
17 yang ingin digunakan. Untuk sinar-X dari tabung tembaga, biasanya digunakan lembaran nikel sebagai filter. Nikel sangat efektif dalam meneruskan radiasi Cu Kα, karena radiasi Cu Kβ memiliki cukup energi
untuk mengionisasi elektron 1s Nikel, sedangkan radiasi Cu Kα tidak
cukup untuk mengionisasi. Dengan demikian, lembaran nikel tersebut akan mengabsorpsi semua panjang gelombang termasuk radiasi putih, kecuali radiasi Cu Kα.
a. Sifat-sifat sinar X :
Mempunyai daya tembus yang tinggi Sinar X dapat menembus
bahan dengan daya tembus yang sangat besar, dan digunakan dalam proses radiografi.
Mempunyai panjang gelombang yang pendek Yaitu : 1/10.000
panjang gelombang yang kelihatan
Mempunyai efek fotografi. Sinar X dapat menghitamkan emulsi film setelah diproses di kamar gelap.
Mempunyai sifat berionisasi.Efek primer sinar X apabila mengenai
suatu bahan atau zat akan menimbulkan ionisasi partikel-partikel bahan zat tersebut.
Mempunyai efek biologi. Sinar X akan menimbulkan
perubahan-perubahan biologi pada jaringan. Efek biologi ini digunakan dalam pengobatan radioterapi.
18 b. Proses Terjadinya sinar X
1) Di dalam tabung roentgen ada katoda dan anoda dan bila katoda
(filament) dipanaskan lebih dari 20.000 derajat C sampai menyala dengan mengantarkan listrik dari transformator,
2) Karena panas maka electron-electron dari katoda (filament)
terlepas,
3) Dengan memberikan tegangan tinggi maka electron-elektron
dipercepat gerakannya menuju anoda (target),
4) Elektron-elektron mendadak dihentikan pada anoda (target)
sehingga terbentuk panas (99%) dan sinar X (1%),
5) Sinar X akan keluar dan diarahkan dari tabung melelui jendela yang disebut diafragma,
6) Panas yang ditimbulkan ditiadakan oleh radiator pendingin. c. Tabung sinar-X
Pada umumnya, sinar diciptakan dengan percepatan arus listrik, atau setara dengan transisi kuantum partikel dari satu energi state ke lainnya. Contoh : radio (electron berosilasi di antenna) , lampu merkuri (transisi antara atom). Ketika sebuah elektron menabrak anoda :
1) Menabrak atom dengan kecepatan perlahan, dan menciptakan
radiasi bremstrahlung atau panjang gelombang kontinyu
2) Secara langsung menabrak atom dan menyebabkan terjadinya
transisi menghasilkan panjang gelombang garis
Skema Tabung Sinar-X
19
a. Sumber elektroda (katoda)
b. Tegangan tinggi untuk mempercepat electron
c. Logam target (anoda)
Ketiga komponen tersebut merupakan komponen utama suatu tabung sinar X. Skema tabung sinar X dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
d. Jenis-jenis Sinar X
Sinar-X dari proces kejadiannya, dikelompokan menjadi 2 yaitu : 1) Sinar-X Brehmsstrahlung
20
Proses terjadinya Sinar-X bremsstrahlung
2) Sinar-x karakteristik
Electron dari katoda yang bergerak dengan percepatan yg cukup tinggi, dapat mengenai electron dari atom target (anoda) sehingga menyebabkan electron tereksitasi dari atom, kemudian electron lain yang berada pada sub kulit yang lebih tinggi akan mengisi kekosongan yang ditinggalkan oleh electron tadi, dengan memancarkan sinar-x yang memiliki energy sebanding dengan level energy electron. Karena sinar-X karakteristik memiliki Panjang gelombang tertentu yang dapat difilter, maka jenis ini banyak diaplikasikan untuk XRD (X-RAy Diffraction) dalam menentukan struktur material.
2. Material Uji (Specimen)
Material Uji ini bisa berupa bubuk (powder). 3. Detektor
Sebelum sinar-X sampai ke detektor melalui proses optik. Sinar-X yang panjang gelombangnya λ dengan intensitas I mengalami refleksi dan menghasilkan sudut difraksi 2θ (Sartono, 2006). Jalannya sinar-X diperlihatkanoleh gambar 5 berturut-turut sebagai berikut :
21 2.1.5 Aplikasi X-Ray Diffraction (XRD)
Aplikasi pengguanaan X-RDadalah sebagai berikut ini:
1. X-RD dapat digunakan ntuk menentukan struktur kristal dengan
menggunakan Rietvel Refinement, yaitu metode penghalusan.
2. XRD digunakan untuk menentukan analisis kuantitatif dari suatu mineral. 3. XRD digunakan sebagai karakterisasi sampel film.
4. Membedakan antara material yang bersifat kristal dengan amorf
5. Mengukur macam-macam keacakan dan penyimpangan kristal.
6. Karakterisasi material Kristal
7. Identifikasi mineral-mineral yang berbutir halus seperti tanah liat Penentuan dimensi-dimensi sel satuan
2.1.6 Kelebihan dan Kekurangan XRD
Adapun kelebihan penggunaan sinar-X dalam karakterisasi material adalah kemampuan penetrasinya, sebab sinar-X memiliki energy sangat tinggi akibat panjang gelombangnya yang pendek. Kelebihan lain penggunaan sinar-X dalam karakterisasi material adalah kemampuan penetrasinya, sebab sinar-sinar-X memiliki energi sangat tinggi akibat panjang gelombangnya pendek.
Keuntungan utama penggunaan sinar-X dalam karakterisasi material adalah kemampuan penetrasinya, sebab sinar-X memiliki energi sangat tinggi akibat panjang gelombangnya yang pendek. Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 0,5-2,0 mikron. Sinar ini dihasilkan dari penembakan logam dengan elektron berenergi tinggi. Elektron itu mengalami perlambatan saat masuk ke dalam logam dan menyebabkan elektron pada kulit atom logam tersebut terpental membentuk kekosongan. Elektron dengan energi yang lebih tinggi masuk ke tempat kosong dengan memancarkan kelebihan energinya sebagai fotonsinar-x.
Sementara itu, kekurangannya adalah untuk obyek berupa kristal tunggal sangat sulit mendapatkan senyawa dalam bentuk kristalnya. Sedangkan untuk objek berupa bubuk (powder) sulit untuk menentukan strukturnya.
22 mendapatkan senyawa dalam bentuk kristalnya. Sedangkan untuk obejek yang berupa bubuk (powder) sulit untuk menentukan bentuk strukturnya.
o Kristal Tunggal
Keuntungan : Kita dapat mempelajari struktur kristal tersebut.
Kerugian : Sangat sulit mendapatkan senyawa dalam bentuk kristalnya
o Bubuk
Kerugian : Sulit untuk menentukan strukturnya
Keuntungan : Lebih mudah memperoleh senyawa dalam bentuk bubuk 2.2 Hukum Bragg
Pada tahun 1913, W.H.Bragg dan W.L.Bragg menjelaskan tentang peristiwa hamburan sinar-X monokromatis yang datang pada permukaan kristal. Besar sudut datang tergantung dari panjang gelombang dan kisi kristal. Hukum Bragg menjelaskan 2 peristiwa yaitu hamburan dan interferensi. Hamburan terjadi jika sudut datang = sudut pantul
Hukum Bragg
Kumpulan sinar – sinar hambur merupakan sinar – sinar yang koheren dan ada selisih lintasan dari masing – masing pantulan bidang kristal sehingga terjadi peristiwa interferensi ketika diterima detektor. Interferensi konstruktif terjadi jika selisih lintasan antara 2 sinar yang berurutan merupakan kelipatan
23 n adalah bilangan integer, d merupakan jarak antar bidang, q adalah sudut antara sinar datang dengan bidang kristal dan l adalah panjang gelombang sinar-X. Berdasarkan persamaan matematis Hukum Bragg tersebut, syarat terjadinya peristiwa difraksi adalah λ<2d (Omar, 1975).
Suatu kristal memiliki susunan atom yang tersusun secara teratur dan berulang, memiliki jarak antar atom yang ordenya sama dengan panjang gelombang sinar-X. Akibatnya, bila seberkas sinar-X ditembakkan pada suatu material kristalin maka sinar tersebut akan menghasilkan pola difraksi khas. Pola difraksi yang dihasilkan sesuai dengan susunan atom pada kristal tersebut.
Menurut pendekatan Bragg, kristal dapat dipandang terdiri atas bidang-bidang datar (kisi kristal) yang masing-masing berfungsi sebagai cermin semi transparan. Jika sinar-X ditembakkan pada tumpukan bidang datar tersebut, maka beberapa akan dipantulkan oleh bidang tersebut dengan sudut pantul yang sama dengan sudut datangnya, seperti yang diilustrasikan dalam Gambar 3, sedangkan sisanya akan diteruskan menembus bidang.
Von Laue dan Bragg mempunyai persamaan dan perbedaan asumsi pada peristiwa difraksi sinar-X oleh kristal. Bragg mengasumsikan hanya menggunakan sinar monokromatis untuk terjadi interferensi konstruktif dan d pada hukum Bragg. merupakan jarak antar bidang kisi. Akan tetapi Laue mengasumsikan d merupakan jarak antar atom pada suatu bidang kisi dan menggunakan sinar polykromatis. Persamaan Bragg dan Laue adalah menggunakan persamaan matematis hukum Bragg
24 Difraksi sinar-X Laue
(Ashcroft dan Mermin, 1976
Seperangkat konstruksi Ewald menggambarkan vektor gelombang sinar- X datang k . Puncak-puncak difraksi disesuaikan dengan vektor kisi resiprokal K akan diamati jika K diberikan satu titik kisi resiprokal pada permukaan bola. Sinar hambur Bragg vektor gelombangnya k ' Untuk memenuhi syarat gelombang yang terdifraksi ada maka perbedaan vektor gelombang sinar datang dengan vektor gelombang sinar hambur seharusnya sama dengan vektor kisi resiprokal; k k'K . Kondisi ini hanya terjadi pada titik – titik kisi resiprokal di tepi lingkaran. Gambar konstruksi Ewald menggunakan asumsi hanya hamburan sinar- X yang sesuai dengan kondisi tersebut dan vektor gelombang membuat puncak Bragg. Konstruksi Ewald mempunyai lebih dari satu titik – titik kisi pada permukaanya tetapi konstruksi Ewald menegaskan bahwa vektor gelombang yang datang tidak semua puncak Bragg .
Konstruksi Ewald
25 Metode Laue
Eksperimen metode Laue menggunakan sinar-X polykromatis dengan arah tetap. Metode Laue dapat digunakan untuk menentukan orientasi bidang kristal tunggal (Omar, 1975).
Metode Laue (Omar, 1975)
Metode Kristal Berputar (Rotating Crystal)
Pada umumnya metode ini digunakan untuk menganalisa struktur kristal tunggal. Metode ini menggunakan sinar-X monokromatis dengan sudut datang divariasi. Pada umumnya arah pancaran sinar-X ditentukan dan arah kristal divariasi (Aschroft dan Mermin, 1976).
Susunan Eksperimen Metode Rotating Kristal (Omar, 1975)
Metode Serbuk Kristal (Debye-Scherrer)
26 Perbedaan metode ini dengan metode kristal berputar adalah metode ini sumbu rotasinya dapat divariasi pada semua arah yang memungkinkan. Arah kristal diberikan dengan menggunakan sampel polykristal yang mempunyai skala atom sangat besar dan sesuai difraksi sinar-X. Karena sumbu kristal sekumpulan orientasinya acak, pola difraksi dihasilkan oleh polykristal dengan mengkombinasi pola – pola difraksi untuk semua orientasi yang memungkinkan pada kristal tunggal (Ashcroft dan Mermin, 1976).
Kondisi Difraksi dan Vektor Kisi Balik
Sebelum membahas mengenai kondisi difraksi dan vektor kisi balik, sebaiknya kita memahami mengenai teori hamburan. Gelombang datar
ᵠ(r,t)=Aei(k.r-wt) mengenai elektron. Gelombang s ferik terhambur pada jarak
radial d dinyatakan oleh ᵠ (D,t) = ƒ e 𝐴𝐷ei(kD-wt).
Dengan fe adalah panjang hamburan elektron. Terlihat bahwa penurunan amplitude gelombang terhambur sebanding dengan 1/D. Hamburan oleh system dua elektron, yang masing-masing berkedudukan di P1 danP2 Didefinisikan
vektorhamburan (s)
𝑘(𝑟⃗. 𝑠⃗). beda fasa antara gelombang terhambur dalam radial:
𝛿 =∆𝜆 2𝜋 = 𝑘∆= 𝑟⃗. 𝑠⃗
Super posisi dari dua gelombang terhambur dalam fungsi ruang
27 Secara umum, bilavektorposisi𝑟⃗⃗⃗⃗1 untuk elektron -1 dan 𝑟⃗⃗⃗⃗2 untuk elekton-2 relatif terhadap pusat tertentu, maka:
𝜓𝑇 = 𝑓𝑒𝐷 𝑒𝐴 𝑖𝑘𝐷(𝑒⃗⃗⃗⃗.𝑟𝑖𝑠⃗⃗⃗⃗⃗1 + 𝑒𝑖𝑠⃗⃗⃗⃗.𝑟⃗⃗⃗⃗⃗2)
Bila yang ditinjau atom dengan 1 buahelektron,
masing-masingdenganvektorposisi𝑟⃗⃗⃗⃗1, dengan l= 1,2,3,...,n, maka bentuk umum gelombang untuk (1.16) dalam arah terhambur𝑠⃗ tertentu
𝜓𝑇 = 𝑓𝑒𝐷 𝑒𝐴 𝑖𝑘𝐷
Dengan
𝑓 = 𝑓𝑒∑ 𝑒𝑖𝑠⃗⃗⃗⃗.𝑟⃗ 𝑛
𝑙=1
Disebut panjang hamburan total. Intensitas parsial gelombang terhambur I sebanding dengan kuadrat besarnya medan. Oleh karena itu,
𝐼∞|𝑓|2 = 𝑓
28
Hal ini berarti vektor basis resiprok
a. Memiliki satuan 𝑚−1, yang sama dengan angka gelombang
b. Bahwa 𝑎̅ tegak lurus terhadap bidang (𝑏̅, 𝑐̅), dan demikian pula permutasi siklisnya, dan
c. Bahwa 𝑎̅⦁𝑏̅𝑥𝑐̅ = 𝑏̅⦁𝑐̅𝑥𝑎̅=𝑐̅⦁𝑎̅𝑥𝑏̅ merepresentasikan volume sel satuan dengan rusuk vektor 𝑎̅, 𝑏̅ 𝑑𝑎𝑛 𝑐̅
Perhatikanlah perbandingan kisi nyata dan resiproknya pada gambar dibawah
Gambar perbandingan kisi nyata dan resiproknya
Dari gambar diatas jelaslah bahwa
a. 𝑎̅∙∙ tegak lurus terhadap 𝑏̅ ; dan 𝑏̅∙ tegak lurus terhadap 𝑎̅
b. Setiap titik (hkl) dalam ruang resiprok trekait dengan perangkat bidang (hkl) dalam ruang nyata, dan
c. Simetri kelompok titik dalam ruang resiprok sama dengan ruang nyata. Dapat pula dibuktikan bahwa terdapat hubungan sebagai berikut : a. Kisi resiprok kisi SC adalah kisi SC juga.
29 Kisi resiprok berguna dalam menentukan besarnya faktor struktur. Dengan mengingat bahwa k = 2π/λ, maka dengan menstibstitusikan persamaan teori hamburan, menghasilkan hukum Bragg.
2dhkl sin ϴ = λ
Maka dapat dikatakan bahwa gambaran Bragg tentang difraksi yang terjadi karena pemantulan oleh bidang kristal, secara konseptual lebih sederhana daripada melihatnya sebagai interferensi kostruktif berkas terhambur oleh atom kristal dari teori hamburan.
Saat kondisi Bragg terpenuhi yaitu 𝑠̅ = 𝐺̅ℎ𝑘𝑙, maka faktor kisiS ≠ 0, tetapiS = N, sehingga Shkl = N.
Jika kita substitusikan kedalam persamaan Fkr = F S, maka : Fkr,hkl = N Fhkl.
Persamaan ini dapat dipandang sebagai kekekalan momentum, dan difraksinya sebagai proses tumbukan antara foton sinar-X dan kristal.
Momentum sebelum tumbukan hanya momentum linier foton yang datang 𝑝̅0 =
ℎ𝑘̅0, dan setalah tumbukan adalah momentum linier foton terhambur 𝑝̅ = ℎ𝑘̅
Zona Brillouin ditemui ketika terjadi difraksi Bragg dari sinar-X. Ketika bidang normal yang membagi dua vector kisi balik, daerah itu ditutup antara bidang tersebut dari variasi Brillouin Zone.
Untuk Kristal satu dimensi, 𝑘̅ berhimpit dengan 𝐺̅ sehingga : 2𝑘̅𝐺̅ = 2𝑘̅𝐺̅cos ϴ = 2𝑘̅𝐺̅,
Dengan demikian nilai 𝑘̅ = + ½ 𝐺̅, dimana 𝐺̅ = n(2п/a) adalah vector kisi respirok, dan n adalah bilangan bulat. Sehingga :
30 Difraksi pertama terjadi, energy pertama pun terjadi untuk nilai 𝑘̅ = + (п/a).C daerah antara - п/a dengan п/a disebut Daerah Brilloiunzona pertama.
2.3 Instrumentasi Alat
Petunjuk Penggunaan, Penyiapan Sampel
a. Ambil sepersepuluh berat sample (murni lebih baik)
b. Gerus sample dalam bentuk bubuk. Ukuran kurang dari ~10 μm atau 200
-mesh lebih disukai
c. Letakkan dalam sample holder
d. Harus diperhatikan agar mendapatkan permukaan yang datar dan
mendapatkan distribusi acak dari orientasi-orientasi kisi
e. Untuk analisa dari tanah liat yang memerlukan single orientasi, teknik-teknik yang khusus untuk persiapan tanah liat telah diberikan oleh USGS 2.4 Powder X-Ray Diffraction (PXRD)
PXRD adalah suatu metode analisis obat yang dapat digunakan untuk karakterisasi dan identifikasi fase padat yang dapat muncul akibat terjadinya bentuk kompleks atau fase padat yang terdapat dalam dispersi molekular padat. PXRD dapat memeriksa ketidakstabilan suatu obat yang terjadi akibat proses produksi atau penyimpanan (Chung and Smith, 2000). Aspek-aspek stablitas obat yang dapat diperoleh melalui XRD mencakup (Particle Sciences, 2012): 1. Identifikasi bentuk polimorfisme suatu senyawa obat.
2. Karakterisasi bentuk kristal yang terlarut atau terhidrasi.
Contoh: terbentuknya kristal hidrat yang stabil pada senyawa obat anhidrat yang diproduksi dengan cara granulasi basah.
3. Pembentukan ko-kristal. Hal ini terjadi akibat interaksi dua kristal padatan membentuk struktur kristal baru yang melibatkan adanya ikatan hidrogen. Ko-kristal dapat membantu meningkatkan kelarutan zat aktif.
4. Deteksi dan kuantifikasi kandungan kristal dalam matrix amorf.
31 hukum Braggλ = 2d sin θ. Hasil analisis kuantitatif XRD berupa hubungan antara intensitas puncak pada hasil difraksi dengan jumlah komponen yang terlibat dalam proses difraksi. Berdasarkan Gambar dibawah, dapat dilihat perbedaan pola difraksi untuk bentuk sediaan yang mengandung kristal dan amorf. Bentuk sediaan yang amorf akan memiliki pola yang lebar dan tidak memiliki puncak yang terpisah dengan jarak tertentu (d) seperti pola difraksi pada kristal (Young, 2012).
Perbedaan pola difraksi bentuk Kristal (atas) dan amorf (bawah)
2.5 Kristalografi Sinar X
Suatu padatan dapat berupa kristal, polykristal maupun amorf. Jika semua atom-atomnya tersusun secara periodik disebut kristal. Contoh kristal diantaranya adalah intan, logam, garam. Namun jika atom-atomnya tersusun tidak periodik disebut amorf. Contoh amorf yaitu kaca. Jika suatu padatan mempunyai orientasi lebih dari satu dan berbeda-beda disebut polykristal. 2.5.1 Kisi Kristal
32 refleksi sehingga kisi kristal tetap (Omar, 1975). Kisi dibagi menjadi dua berdasarkan letak titik kisinya yaitu kisi Bravais dan non-Bravais (Omar, 1975)
a. Kisi Bravais
Suatu kisi disebut kisi Bravais apabila semua titik kisinya equivalen
Kisi bravais
Hukum Bravais Latice menyatakan bahwa pola yang dijumpai pada kristal – kristal merupakan susunan atom atau ion dalam ruang (space lattice). Pada tahun 1848 Auguste Bravais menyatakan bahwa ada 14 jenis kisi tergantung pada kisi bidang dan kisi ruang. Keempat belas jenis kisi dikelompokkan menjadi 7 sistem kristal berdasarkan perbandingan sumbu – sumbunya dan hubungan sudut yang satu terhadap lainnya. Pada masing–masing sistem kristal mempunyai ciri khas pada bentuk dan simetri dari sel satuan (Omar, 1975).
b. Kisi Non Bravais
Apabila beberapa titik kisinya tidak equivalen disebut kisi non bravais. Kisi non bravais dapat disusun dari kombinasi dua atau lebih kisi bravais dengan orientasi relatif masing-masing (Omar, 1975).
2.5.2 Sel Satuan
33 Sel satuan dan kisi sel 3 dimensi (Bernhard Rupp, 1999)
Pada sistem 2 dimensi, sel satuannya merupakan luasan jajaran genjang yang dibatasi 2 vektor. Pada sistem 3 dimensi, sel satuan dibatasi 3 vektor.
a. Sel Satuan Primitif
Sel satuan yang hanya mempunyai satu titik kisi dan jika terjadi translasi tidak akan terjadi tumpang tindih (overlapping) pada kisi bravais disebut sel satuan primitif atau sel primitif. Sel primitif mempunyai volume yang paling kecil dan diasumsikan semua simetri (Omar, 1975). b. Sel Satuan Non Primitif
Sel satuan yang mempunyai satu titik kisi di pusat dan titik – titik di setiap sudutnya disebut sel satuan non primitif atau sel satuan konvensional. Volume sel satuan non primitif kelipatan dari volume sel primitif (Omar, 1975).
2.5.3 Sistem Kristal
34 Tabel sistem kristal dan kisi bravais
(Suryanarayana dan Norton, 1998)
2.6 Data yang diperoleh dari X-Ray Diffraction
35 Intensitas sinar-X yang didifraksikan secara terus-menerus direkam sebagai contoh dan detektor berputar melalui sudut mereka masing-masing. Sebuah puncak dalam intensitas terjadi ketika mineral berisi kisi-kisi dengan d-spacings sesuai dengan difraksi sinar-X pada nilai θ Meski masing-masing puncak terdiri dari dua pemantulan yang terpisah (Kα1 dan Kα2), pada nilai -nilai kecil dari 2θ lokasi-lokasi puncak tumpang-tindih dengan Kα2 muncul sebagai suatu gundukan pada sisi Kα1. Pemisahan lebih besar terjadi pada nilai-nilai θ yang lebih tinggi.
Gambar Grafik Hasil Analisis XRD
2θ merupakan sudut antara sinar dating dengan sinar pantul. Sedangkan intensitas merupakan jumlah banyaknya X-Ray yang didifraksikan oleh kisi-kisi kristal yang mungkin. Kisi kristal ini juga tergantung dari kristal itu sendiri.
Kisi-kisi ini dibentuk oleh atom-atom penyusun kristal. Jika tidak ada atom-atom yang menyusun suatu bidang kisi pada kristal, maka sinar X yang dating tidak dapat didifraksikan atau dengan kata lain tidak ada kisi tersebut.
Informasi yang dapat diperoleh dari analisa dengan menggunakan XRD tersebut yaitu sebagai berikut:
1. Pembangkit sinar-x menghasilkan radiasi elektromagnetik setelah
36
2. Posisi puncak difraksi memberikan gambaran tentang parameter kisi (a),
jarak antar bidang (dhkl), struktur kristal dan orientasi dari sel satuan (dhkl) struktur kristal dan orientasi dari sel satuan.
3. Intensitas relatif puncak difraksi memberikan gambaran tentang posisi atom dalam sel satuan.
4. Bentuk puncak difraksi memberikan gambaran tentang ukuran kristal dan
ketidaksempurnaan kisi. (dhkl) dikelompokkan dalam beberapa grup, dengan intensitas relatif paling tinggi pertama disebut d1, kedua d2, ketiga d3 dan seterusnya.
Dari pola difraksi padatan kristal yang teranalisa oleh XRD tersebut, kita juga akan mendapatkan beberapa informasi lain diantaranya :
1. Panjang gelombang sinar X yang digunakan (λ)
2. Orde pembiasan / kekuatan intensitas (n)
3. Sudut antara sinar datang dengan bidang normal (θ) 2.7 Analisis Data X ray Diffraction
37 Ada beberapa metode analisis dalam menganalisis data hasil XRD diantaranya:
1. Metode Analisis Kualitatif
Pada metode analisis ini data output dari XRD yang disebut sebagai Difraktogram dianalisis dengan membandingkannya dengan pola difraksi dari Referensi. Grafik dibawah ini merupakan contoh grafik perbandingan grafik pengukuran XRD Cu dengan grafik referensi.
1). Grafik referensi diwakilkan dengan tanda garis merah
2). posisi dan intensitas dari grafik pengukuran dan referensi harus cocok. - Sedikit ketidak cocokan grafik kita anggap sebagai error dari data yang
38 Error yang didapatkan bisa berasal dari ketidak sejajaran penempatan sampel pada saat melakukan proses difraksi
data grafik diatas merupakan data yang kurang baik karena antara data pengukuran dan referensi tidak sesuai
Difraktogram XRD merupakan penjumlahan dari pola difraksi yang dihasilkan dari setiap fase dalam campuran, tetapi tidak dapat menentukan komposisi dari setiap fasa nya
2. Metode Analisis Kuantitatif
Pada metode analisis ini data output dari XRD digunakan untuk mencari nilai dimensi sel unit melalui perhitungan data puncak dari grafiknya.
39 Untuk menndapatkan nilai kisi unit sel dari posisi puncak difraksi Konversi posisi puncak data observasi, 20theta ke dhkl menggunakan hukum Bragg : Dhkl = λ/(2 sinθ )
Tentukan indeks miller (hkl) dari puncak difraksi dari pola referensi. Gunakan persamaan d2 untuk menghitung parameter kisi. Lebar dari puncak dari difraksi ini dapat mengandungindormasi tentang mikrostruktur
ukuran= Kλ/(lebar*cosθ )
40 BAB III
PENUTUP 3.1 Kesimpulan
Berdasarkan tinjauan pustaka yang telah diuraikan dapat disimpulkan bahwa : 1. XRD dapat digunakan untuk menentukan sistem kristal. Bentuk kristal
berhubungan stabilitas sediaan, kelarutan obat dan bioavaibilitas. Juga dapat memperoleh informasi fasa kristal, komposisi fasa Kristal, menerangkan parameter kisi, jenis struktur, susunan atom yang berbeda pada kristal, adanya ketidaksempurnaan pada kristal, orientasi, butir-butir dan ukuran butir.
2. XRD terdiri dari 3 komponen utama yaitu sinar X, material uji (specimen), dan detector dan bekerja berdasarkan prinsip hokum bragg.
3. Powder X ray Diffraction (PXRD) adalah suatu metode analisis obat yang dapat digunakan untuk karakterisasi dan identifikasi fase padat yang dapat muncul akibat terjadinya bentuk kompleks atau fase padat yang terdapat dalam dispersi molekular padat.
4. Kristalografi sinar x adalah proses hamburan; material kristalin scatter sinar-X di sudut didefinisikan dengan baik. Intensitas dari sinar-X yang tersebar memberikan informasi tentang posisi atom dan memungkinkan pengaturan atom-atom dalam struktur kristal untuk dihitung
5. Dua metode analisis yang dapat kita lakukan untuk menganalisis kristal. Metode Kualitatif, metode ini dilakukan dengan membandingkan data hasil pengukuranyang telah dilakukan dengan referensi (melihat fasa penyusun Kristal). Metode Kuantitatif, metode ini dilakukan dengan menghitung nilai dari puncak dan lebar puncak grafik (menghitung komposisi fasa penyusun material)
3.2 Saran
41 DAFTAR PUSTAKA
Grant, N. M., & Suryanayana, C. (1998). X-Ray Diffraction : A Partical Approach. New York: Plennum Press.
Ismunandar., 2006, Padatan Oksida Logam: Struktur, Sintesis dan Sifat-Sifatnya, Institut Teknologi Bandung, Bandung.
Jamaludin K. 2010 : Makalah Fisika Material X-RD (X-Ray Diffractions). Pendidikan
Fisika Universitas Haluoleo.Kendari
Lachman, L., Lieberman, H. A., Kanig, J. L., 1986, Teori dan Praktek Farmasi Industri, Edisi ketiga, diterjemahkan oleh: Suyatmi, S., Penerbit Universitas
Indonesia, Jakarta, 760-779, 1514 – 1587.
Moechtar. 1989. Farmasi fisik Bagian Larutan dan Sistem Dispersi. Jogjakarta
Universitas Gadjah Mada:Press.
Omar, M. A., 1975 : Elementary Solid State Physics, John Willey and Sons Inc, New York
Sartono, A.A., 2006. Difraksi sinar-X (X-RD). Tugas Akhir Matalailiah proyek Laboratorium. Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia. http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/xray-diffraction/single crvstal.php.
Soewandi, S.N. (2006) Kristalografi Farmasi 1, Bandung. ITB 104-105
Suharyana. (2012). Dasar-Dasar Dan Pemanfaatan Metode Difraksi Sinar-X. Surakarta: Universitas Sebelas Maret.
Suryanaraya, C., dan Nortan, M. G., 1998 : X-Ray Diffraction, Plenum Press, New York
42
dengan Metode Sol-Gel. Surakarta: Skripsi, Fisika FMIPA Universitas
Sebelas Maret.
Voight, R., 1994, Buku Pelajaran Teknologi Farmasi, Gadjah Mada University Press,
Jogjakarta.
Widyawati, N. (2012). Analisa Pengaruh Heating Rate terhadap tingkat Kristal dan
Ukuran Butir Lapisan BZT yang Ditumbuhkan dengan Metode Sol Gel.
Surakarta: Universitas Sebelas Maret.
Young, A.L. 2012. Powder X-Ray Diffraction and its Application to Biotherapeutic
Formulation Development. Tersedia di:
http://www.americanpharmaceuticalreview.com/Featured-Articles/38371-
Powder-X-ray-Diffraction-and-its-Application-to-Biotherapeutic-Formulation-Development/ (Diakses pada 8 Otober 2015).
Zulianingsih, N. (2012). Analisa Pengaruh Jumlah Lapisan Tipis BZT yang
ditumbuhkan dengan Metode Sol Gel terhadap Ketebalan dan Sifat Listrik
(Kurva Histerisis). Surakarta: Universitas Sebelas Maret.
