Analisis RlETAN pada Reduksi Data Difraktometer Serb uk Resolusi Tmggi (Supandi Suminta)
ANALISIS RIETAN P ADA REDUKSI DATA
DIFRAKTOMETER
SERBUK RESOLUSI TINGGI
SupaDdi SumiDta daD Tri Hardi P
Puslitbang Iptek Bahan (P31B) -BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang 15314
ABSTRAK
ANALISIS RIETAN PADA REDUKSI DATA DIFRAKTOMETER SERBUK RESOLUSI TINGGI. Telah dilakukan penghalusan dua standar Ni dan Si dari data intensitas difraksi neutron dengan menggunakan program RIETAN. lntensitas ditraksi neutron diukur dengan Difraktometer Serbuk Resolusi Tinggi (HRPD) P31B-BATAN. Hasil daTi penghalusan pola ditraksi, menunjukkan bahwa harga Rwp dan goodness o/fitting,S sesudah reduksi diperoleh harga Rwp dan goodness o/fitting,S menjadi lebih baik. Untuk Ni sesudah reduksi diperoleh nilai Rwp turun daTi 23,01% menjadi 15,22% dan nilai S daTi 3,2230 menjadi 2,0405. Sedangkan untuk Si sesudah reduksi diperoleh Rwp turun daTi 27,40% menjadi 16,31% dan nilai S dari 2,4336 menjadi 1,3579. Dari basil penghaJusan kedua standar Ni dan Si setelah data intensitas difraksi neutron terreduksi dengan faktor reduksi absorbsi background menunjukkan pola dit'raksi basil penghalusan RIETAN lebih baik. Untuk kegiatan pengembangan bahan percobaan selanjutnya data intensitas difraksi neutron basil pengukuran dengan HRPD P31B-BATAN disarankan untuk direduksi terlebih dahulu sebelum dianalisis dengan metode Rietveld.
Kata kunci : Difraktometer serbuk resolusi tinggi (HRPD), rwp, goodness offitting S
ABSTRACT
RIETAN ANALYSIS ON REDUCTION DATA OF HIGH-RESOLUTION POWDER DIFFRACTOMETER.
Refinement of Si and Ni standard betore and after reduction the data have been done from diffraction intensity data using RIETAN. The diffraction intensity data were obtained trom Ni and Si standard sample measured by using High Resolution Neutron Powder Diffractometer (HRPD) P3IB-BATAN. The refinement results show that after reduction the data, values of Rwp and S ofNi standard decrease from 23.01 % to 15.22% and S value from 3.2230 to 2.0405 respectively, while Si standard trom 27.40% to 16.31% and S value trom 2.4336 to 1.3579, respectively. According to this result, it is suggested that all diffraction intensity data measured by HRPD at P3IB-BATAN need to be corrected by background absorption reduction tactor before t'uther analysed.
Key words: High resolution powder diffractometer (HRPD), rwp, goodness of fitting S
PENDAHULUAN
RIETAN (RIETveld ANalisis) adalah merupakan suatu paket perangkat lunak (software) komputeryang telah dikembangkan penggunaannya dalam metode Rietveld untuk analisis struktur kristal dari data difraksi neutron maupun difraksi sinal-X. Prinsip dasarmetode Rietveld adalah menghitung intensitas pola difraksi titik
demi titik berdasarkan model yang kemudian dicocokkan atau dihaluskan (refined) dengan intensitas pola difraksi daTi pengamatan. Perhitungan intensitas tersebut melibatkan fungsi profile puncak difraksi yang tergantung daTi ukuran butir, resolusi alat dan lain-lain. Proses penghalusan dapat dilakukan dengan metode lea.'It square atau metode optimasi. Software RIET AN menggunakan metode least square.so marquart [1].
Analisis struktur kristal dapat dilakukan melalui dua tahapan penghalusan parameter yaitu 1. parameter
global yaitu penghalusan (refinement) parameteruntuk mengoreksi titik nol pola difraksi : zero-point .sohift dan
parameter latar belakang (background) dan 2. parameter fasa dependent yaitu parameter untuk penghaluskan intensitas yang terintegrasi : faktor skala,
preferred-orientation, parameter profil dan parameter struktur seperti faktor kisi (a,b dan c, sudut a, b dan g) , posisi atom (x,y dan z), faktor okupansi dan vibrasi termal isotropic (B). Output basil kedua tahapan penghalusan tersebut adalah dalam bentuk grafik profil pola difraksi (Igor pro) dan informasi data barn struktur kristal yang menunjukkan basil yang representatif daTi fasa kristal. Data barn struktur kristal tersebut berisi informasi seperti nilai indeks reliabilitas (R), goodness of fitting,S, parameter kisi, posisi atom, volume sel satuan, densitas dalam sel satuan, indeksMi/ler (hkl),jarak antarbidang
(d), intensitas perhitungan, FWHM dan lain-lain. Untuk mengetahui baik tidaknya basil penghalusan ditunjukkan oleh tingkat nilai indeks rehabilitas (R) atau Least Square (program GSAS).
Prosiding Pertemuan llmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002 Serpong, 22 -23 Oktober 2002
ISSN 1411-2213
perangkat lunak untuk mengeliminasi puncak asing tersebut dan meningkatkan kualitas data difraksi neutron yang berasal daTi wadah vanadium dan cacah latar belakang. Rancangan perangkat lunak telah diuji coba pada cuplikan bahan amorf (A~S)o S(AgP°3)O s dan berhasil diterapkan untuk mereduksi data hamburan bahan amorf seperti bahan konduktor superionik berbasis gelas.
Dalam beberapa tahun terakhir (tahun 2001) unjuk kerja daTi HRPD-P3IB kurang memenuhi persyaratan pada keluaran data. Pol a difraksi menunjukkan adanya ketidak normalan dalam sistim instrumen, yang berasal bukan daTi cuplikan maupun dati cacahan latar belakang. Tri Hardi P, dkk [5] telah mengembangkan lagi rancangan perangkat lunak untuk meningkatkan kualitas data difraksi dengan cara menghilangkan pengaruh ketidak normalan cacahan yang disebabkan oleh instrumen. Rancangan perangkat lunak yang menggunakan program Visual Basic ini diuji coba pada cuplikan standar Ni dan Si. Data intensitas difraksi neutron dari standar Ni dan Si diperoleh dengan menggunakan difraktometer serbuk resolusi tinggi (HRPD-P3IB). Pola difraksi daTi data tereduksi menunjukkan puncak -puncak disekitar sudut 28= 130 ° nampak hilang. Hasil kalibrasi Instrumen [5] dati kedua cuplikan tersebut diperoleh panjang gelombang sebesar A = 1,8214 A yang diperoleh dari refleksi monokromator Ge(311) pada daya reactor 15 MW dan rentang sudut difraksi 28 =2,5°-162,5°, ketelitian sudut difraksi
~8=0,25°.
Penelitian ini bertujuan untuk melihat sejauh mana keberhasilan program reduksi yang telah dibuat untuk menganalisis data difraksi dari cuplikan standar Ni dan Si yang telah direduksi dan membandingkannya dengan data mentahnya. Data difraksi tereduksi menggunakan rancangan perangkat lunak buatart Tri Hardi [5].
BAHAN DAN TATAKERJA
Cuplikan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Ni dan Si buatan Merck dengan tingkatkemumian pro analisis 99,99%. Cuplikan serbuk Ni daD Si dimasukkan kedalam wadah vanadium, kemudian diletakkan pada sample holder dan diposisikan hingga berkas neutron tepat (terfokus) mengenai sampel
dengan menggunakan neutron kamera.
Tobe/I. Kondisi pengukuran cuplikan Si clan Ni
Tingkat nilai ini merupakan besarnya nilai yang mengukur tingkat ketidaksesuaian antaradata basil pengamatan dengan perhitungan. Semakin kecil harga R menunjukkan tingkat kesesuaian antara basil pengamatan dengan perhitungan semakin baik. Artinya bahwa parameter profil clan parameter struktur kristal yang diuji semakin mendekati harga yang sebenarnya. Atau dapat dikatakan bahwa tingkat harga R semakin kecil menunjukkan bahwa koinsidensi kedua jenis pola lebih baik.
Sejak tahun 1992 sampai dengan 1995 [2] telah dilaksanakan empat kali workshop dalam pemanfaatan reaktor riset bidang hamburan neutron. Workshop dihadiri oleh beberapa peserta dari beberapa negara Asia Fasifik. Program tiga tahun dimulai dengan kalibrasi peralatan difraktometer neutron serbuk resolusi tinggi (HRPD) dengan basil yang baik. Kemudian dilanjutkan dengan studi bahan kristal superkonduktor, superionik clan bahan magnetik. Workshop tersebut bertujuan untuk memberikan latihan kepada para peserta dalam penggunaan peralatan HRPD, clan analisis data intensitas difraksi neutron dengan metode Rietve ld menggunakan program RIETAN. Program ini adalah suatu pengembangan metode Rietveld yang dibuat oleh F.Izumi sebagai program analisis struktur kristal dari data intensitas difraksi neutron maupun X-ray. HRPD termasuk salah satu perangkat yang potensial untuk mempelajari struktur rnateri dengan menggun3kan berkas neutron. Hasil-hasil penelitian dalam karya tulis ilmiah telah banyak dipublikasikan dalam prosiding, jumal nasional dan intemasional.
Namun sejak tahun 1997 perangkat HRPD [3] yang paling banyak diminati ini mulai menunjukkan unjuk kerja yang menurun. Dalam pengujian pengaruh turunnya daya operasi reaktor ini, dibandingkan pola difraksi cuplikan standar TiO 2 menunjukkan pola difraksi untuk take off angle 890 berturut-turut pada dayareaktor 25 MW dan 15 MW dengan counting rate masing-masing 150 cps clan 90 cps, turunnya counting rate karena turunnya clara operasi reaktor. Waktu yang dibutuhkan untukpreset count yang sarna berturut-turut 34 clan 41 jam, sedangkan cacahan background yang diperoleh dari analisis Rietveld berturut-turut 99 cps dan 212 cps. Backgroundyang lebih tinggi disebabkan oleh lamanya waktu percobaan. Telah dilakukan kalibrasi dengan menggunakan standar TiO2, clan A12O3 basil yang diperoleh menunjukkan pola difraksi yang tidak baik dengan munculnya puncak-puncak Bragg asing pada daerah 28 tertentu.
Tri Hardi P, dkk [4] dalam penelitiannya melaporkan bahwa terdapat puncak-puncak disekitar sudut 2 8 = 1300 disebabkan oleh gerakan motor step yang tidak stabil sehingga pada selang (step) pengukuran setiap 0,05 hasilcacahan menjadi tidak tetap (konstan) untuk L\28 = 0,05. Tri Hardi ill, dalam penelitiannya telah berhasiil, mengatasi kendala yang disebabkan, ' puncak asing yaitu dengan membuat rancangan
Analisis RlETAN pada Reduksi Data Difraktometer Serbuk Resolusi Tinggi (Supandi Suminta)
tinggi dan (c) profil pola difraksi neutron hasil penghalusan RIETAN standar Ni sesudah data intensitas difraksi direduksi mernberikan harga kualitas fitting (Rwp) lebih baik yakni sebesar 15,22% dan goodness offitting, S= 2,0405, nampak puncak asing pada rentang sudut28 yang sarna antara 106° -112°dan 126° -132°telah hilang.
Tabel3. Data struktur dan posisi atom standar Si basil
lntensitas difraksi cuplikan serbuk Ni dan Si diukur menggunakan High Resolution Powder Difractometer (HRPD) yang terletak pada Tabung Pemandu Neutron (NOT) pada daya reaktor 15 Mw; dan monokromator yang digunakan adalah Ge (311 ), kolimator ~ =0,31 denganpanjanggelombang, 1-,= 1,8214A.
Pengukuran dilakukan pada suhu ruang tanpa memutar sampel dalam rentang sudut 28 antara 2,5°.162,5° denganselangtiap data (step) 0,25°. Kondisi pengukuran disajikan pada Tabell.
Setelah pengukuran selesai diperoleh pola difraksi untuk tiap cuplikan, kemudian diambil gambar hardcopy photographs dan intensitas data yang telah disortir dipindahkan ke komputer PC. Copy data tereduksi dikonversi ke dalam komputer Macintosh dan selanjutnya dianalisis dengan metode Rietveld menggunakan programRIETAN.
BASIL DAN PEMBAHASAN
Parameter kisi: a=b=c=S,432(1), V=160,271(6)A, . grup ruang :Fm 3 m (FCC)8 a 6(3)
Penghalusan dengan program RIETAN dilakukan dengan cara mengasumsikan bahwa standar Ni dan Si masing-masing bersistim kristal kisi Bravais kubik (FCC), grup roang F m 3 m dan Ni bersistim kristal kisi Bravais juga kubik (FCC), grup ruang F d 3 m. Hasil akhir penghalusan kedua standar Ni dan Si sebelum clan sesudah direduksi diperoleh data stmktur disajikan dalam Tabe12 dan 3. ~ 6000 ""j"""'
fi
"'!""--""""":"""""""""'i' § 5000 ~ : : Ni (raW data) ; "'---T' i 4000 ---+ .3000 ! . "" 2000 lOOOt , 1Tabel 2. Data struktur dan posisi atom standar Ni basil penghalusan RIETAN
".:"~:EP1fJ4
40 60 80 100 120 140 6000 ..."" 5000 : , , !; : Ni:Rvp.Z3.~ ; " ; 19 4000 ! 30001§ 2000~'
1000 Ni (Nikel)sebelum reduksiParameter kisi: a=b=c=3,S22(1), V= 43,68 (3)A, grup ruang:F m 3 m (F C C)
Ni (N ik el) sesudah reduksi
i
:~~
; A' ~ : I
-~,r_.)~_..~
'"\.-~I
I Parameter kisi: a=b=c=3,S248(S),V=43,791(1)A,
grup ruang:Fm3 m (FCC)
4 a 0,72(9)
Garnbar 1 adalah profil pola difraksi neutron standar Ni pacta skala penuh (a) raw data standar Ni hasil pengukuran HRPD-P3 ill-BAT AN, terlihat puncak yang lernah dan latar belakang yang tidak baik pacta rentang sudut 26 yang sarna antara 106°-112° dan 126°-132°, (b) profil pola difraksi neutron hasil penghalusan RlETAN standar Ni sebelum data intensitas difraksi direduksi, rnernberikan harga kuaiitas fitting (Rwp) lebih tinggi yakni sebesar 23,016%, goodnes." of fitting, S = 3,2230, narnpak puncak Bragg asing pacta rentang sudut 26 yang sarna antara 106°-112° dan
126°-132°, masihterlihatjelasdenganlatarbeiakang yang
c
40 60 80 100 120
Sudut
20.
Gambar 1. Propfil pola difraksi standar Ni hasil penghalusan RIETAN (a) raw data (b) sebelum reduksi (c) sesudah reduksi
Prosiding Pertemuan Ilmiah Ibnu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002
Serpong, 22 -23 Oktober 2002
ISSN1411-2213
Gambar 2 adalah profi1 po1a difraksi neutron standar Si pada skala penuh (a) raw data standar Si hasi1 pengukuran HRPD-P3ffi BATAN, ter1ihat puncak Bragg yang 1ernah yang berirnpit dengan puncak Bragg rni1ik rasa Si dan 1atar be1akang yang tidak baik pada rentang sudut 28 antara 106°-112° dan 126°-132°, (b) profil pola difraksi neutron hasi1 penghalusan RIET AN standar Si sebe1um data intensitas difraksi tereduksi, rnernberikan harga kualitasfitting (Rwp) 1ebih tinggi dibanding Gambar2c yakni sebesar27,40%,goodness
of fitting, s= 2,4336,ter1ihat puncakBraggasingpada rentang sudut 28 yang sarna antara 106° -112° dan 126°-13 2°, masih terlihat jelas dengan latar belakang yang tinggi, dan (c) profi1 po1a difraksi neutron hasi1 penghalusan RIET AN standar Si sesudah data intensitas difraksi tereduksi memberikan harga kualitas fitting (Rwp) turun (lebih baik) yakni sebesar 16,31% dan goodness of fitting, S= 1,3579, nampak puncakBragg pada rentang sudut 28 yang sarna antara 106° -112° dan
126°-132° te1ah hi1angdengan1atarbe1akangyang1ebih
baik.
Bentuk profil pola difraksi ini menggambarkan kecocokan (fitting) intensitas difraktogram berkas neutronantara pengamatan dengan perhitungan basil penghalusan RIETAN. Tanda (+) adalah data basil pengamatan, garis malar ( -) adalah data perhitungan, garis vertikal ( I ) dibawahnya ad.aiah posisi puncak dan indeks rasa (indeksMiller) Ni dan Si dan garis mendatar (-) dibawah garis vertikal adalah gambaran selisih pengamatan dengan perhitungan basil penghalusan RIETAN. Harga bobot kualitas jitting atau disebut dengan Rwp (Residual weigh pattern) masing-masing bahan telah dijelaskan di atas.
Data kualitasjitting standar Ni dan Si sebelum daD sesudah reduksi basil penghalusan RIETAN, disajikan pada Tabel4.
Tabel 4. Data kualitas fitting standar Ni dan Si basil penghalusan RIET AN
Kualitas Fi fling
Sebelum reduksi Sesudah reduksi
Bahan I Rv.p(%) Rp
s
Rv.I(~ Rps
N 23,01 16,92 3,m! 15,22 11,% 2,(W)5
Si 27, «) 2),4)
z,~
16,31 1'2,~ 1,357)Keterangan : Rwp = R-bobot pola difraksi, Rp = R-pola difraksi, S: goodness offltting
a
Berhasil dikonfirmasi bahwa basil penghalusan
standar Ni dan Si daTi intensitas difraksi neutron
terreduksi memberikan
kualitasfitting jauh lebih baik
dibanding sebelum
reduksi.
KESIMPULAN
Dari pengamatan pola difraksi pada standar Ni dan si, basil penghalusan struktur kristal kedua cuplikan Ni dan Si dengan metode Rietveld dapat disimpulkan bahwa basil terbaik daTi penghalusan pola difraksi, menunjukkan keberadaan dua harga kualitas fitting sebelum dan sesudah tereduksi diperoleh harga Rwp dan goodness of fitting.S berbeda. Untuk standar Ni sebelum dan sesudah reduksi diperoleh nilai R wp tumn dari23,01%menjadi l5,22%dannilai S dari 3,2230 menjadi 2,0405. Untuk standar Si sebelum dan sesudah reduksi diperolehRwp turundari 27,40%menjadi 16,31% dan nilai S dari 2,4336 menjadi 1,3579.
Hasil penelitian ill dapat diselesaikan sesuai kondisi instmmen pada saat ini, namun bukan basil yang maksimal melainkan berupa peningkatan. Berdasarkan basil penghalusan dengan met ode Rietveld menggunakan pro gram RIET AN, data intensitas difraksi terreduksi diperoleh harga kualitas fitting lebih baik. Untuk kegiatan pengembangan penelitian ilmu bahan
40 60 80 100 120 140
Sudut 29'
Gambar 2. Profil pola difraksi standar Si hasil penghalusan RIETAN (a) raw data (b) sebelum reduksi (c) sesudah reduksi
Analisis RIETAN pada Reduksi Data Difraktometer Serbuk Resolusi Tinggi (Supandi Suminta)
disarankan sebelum dianalisis dengan metode Rietveld data intensitas difraksi neutron basil pengukuran HRPD-P31B BATAN terlebih dahulu direduksi dengan faktor reduksi absorsi background [5].
Pada difraksi menlDljukkan adanya ketidak nonnalan dalam sistem instrumen yang berasal bukan daTi
cuplikan maupun cacahan latar belakang.
MlDlCUlnya plDlcak-puncak sekitar sudut 28 = 130°. Untuk mengatasi hal tersebut, telah dibuat program berbasis j;'/sua/ Basic untuk mereduksi data puncak-plDlcak asing pada sekitar sudut 28 = 130° Untuk kegiatan pengembangan penelitian sains materi disarankan sebelum dianalisis dengan metode Rietveld data difraksi neutron basil pengukuran HRPD P31B BATAN terlebih dahulu direduksi dengan faktor reduksi absorbsi background (buatan Trihardi P.), diperoleh hasillebih baik.UCAPAN TERIMA KASm
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada Kepala Balai Spektrometri yang telah membantu dan memberikan dorongan hingga selesainya karya tulis ilmiah ini. Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada kepala P3ffi, star dan teknisi Balai Spektrometri serta ketua beSerta anggota KPTP dan semua pihak yang telah membantu dan memberikan dorongan hingga selesainya karya tulis ilmiah ini.
2.
DAFTARPUSTAKA
[1].
[2].[3].
[4].[5]
[6].
F. IZUMI, A RietveldReflnemet Program Rietan-94 for Angle-Dispersive X-Ray and Neutron Powder Diffraction, National Institute for Research in Inorganic Materials, 1-1 Namiki, Tsukuba, Ibaraki 305,(1996)
MASONGKOHADI, RIDWAN, GUNAWAN dan PRASUAD, Improvement of The Hig-Resolution Powder Diffractometer (HRPD) at Progress Report, Hamburan Neutron PPSM-BATAN, 1, (19%)
ABARRUL IKRAM, Pemberdayaan Fasilitas Hamburan Neutron BATAN Serpong, Prosiding Seminar Nasional Hamburan Neutron don Sinor-X, (1998).
TRI HARDI P, EVVY K, BHAROTO, SUPANDI daD HERRY M, Perancangan Perangkat Lunak Data Difraksi Neutron pada bahan amorf, Pro."iding Seminar Nasional Hamburan Neutron don Sinar-Xke 4, Serpong, (2001).
TRI HARD I P daD SUPANDI, Perancangan Perangkat Lunak Untuk Meningkatkan Kualitas Data Difraksi Neutron, Prosiding Seminar Nasional Hamburan Neutron don Sinar-X ke 4.
Serpong, (2001).
ANONIM., Report On-The-Job Training (O.JT) in Neutron Beam Research, BATAN-STA-JAERI,
Serpong, (1994).
TANYAJAWAB
Pankin, P31B -BATANPel1anyaan
I. Untuk apa anda mereduksi pola data
2. Mengapa anda melakukan ini, apakah ada trouble diHRPD
Jawaban
