SINAR-X
Sejarah Penemuan Sinar-x
Percobaan ini dilakukan dengan mengalirkan arus listrik tegangan tinggi ke dalam tabung sinar katoda. a) Foto Wilhelm Conrad Rontgen, (b) foto rontgen manusia pertama yang memperlihatkan telapak tangan istri Rontgen dengan cincin di jarinya, (c) ruang laboratorium yang digunakan Rontgen untuk eksperimen rontgennya. Berdasarkan pengamatannya, layar ini tetap menyala meski diletakkan beberapa meter dari tabung sinar katoda.
Sifat-sifat Sinar-x
Rontgen melakukan percobaan ini di ruangan gelap, dan ketika dia mengalirkan arus listrik ke tabung sinar katoda, dia terkejut melihat cahaya mulai bersinar pada layar yang ditempatkan beberapa meter dari tabung sinar katoda, layar ini terbuat dari barium platinosianida. Retina mata kita tidak peka terhadap sinar-sinar ini, sehingga kita tidak dapat melihat sinar-sinar ini bahkan dalam jarak yang sangat dekat dengan tabung sinar katoda.
Pembentukan Sinar-x
- Sinar-x Dengan Spektrum Kontinyu
- Sinar-x Dengan Spektrum Karakteristik
Intensitas dan panjang gelombang sinar-X yang dihasilkan setelah tumbukan bergantung pada tegangan yang diberikan pada tabung sinar katoda seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Intensitas sinar-X dengan spektrum karakteristik ini meningkat ketika tegangan yang diterapkan pada tabung sinar katoda meningkat relatif terhadap spektrum kontinu.
Absorpsi
Perubahan koefisien serapan terhadap panjang gelombang memberikan indikasi bagaimana sinar-X berinteraksi dengan atom. Variasi skema panjang gelombang energi per kuanta sinar-X dan besarnya koefisien serapan nikel.
Filter
Dimana K adalah konstanta yang nilainya berbeda-beda untuk setiap cabang kurva dan Z adalah nomor atom bahan yang digunakan sebagai penyerap. Sinar-X dengan panjang gelombang pendek mempunyai daya tembus yang tinggi dan kadang-kadang disebut “keras”, sedangkan sinar-X dengan panjang gelombang panjang mudah diserap dan disebut “lunak”.
Skema Tabung Penghasil Sinar-x
Ukuran dan bentuk titik fokus (focal point) pada tabung sinar-X sangatlah penting, titik fokus ini harus sekecil mungkin agar energi elektron terkonsentrasi pada daerah sasaran yang kecil dan sinar-X berintensitas tinggi. . Besarnya batas ini ditentukan oleh banyaknya kalor yang dapat dikeluarkan oleh target, dilihat dari arus maksimum (dalam mA) yang diperbolehkan untuk setiap tegangan tabung yang digunakan (dalam kV).
Pendeteksian Sinar-x
Secara umum, layar fluoresen hanya digunakan untuk mendeteksi sinar-X, sedangkan film fotografi dan beberapa jenis penghitung dapat mendeteksi dan menghitung intensitasnya. Intensitas sinar X-ray dapat dihitung lebih cepat dengan menggunakan penghitung dan lebih banyak digunakan untuk analisis kuantitatif.
Aplikasi Sinar-x
Berapa panjang gelombang cahaya yang harus digunakan agar sebuah elektron dengan energi maksimum 1,5 eV dapat dikeluarkan? Berapa frekuensi (per detik) dan energi per kuantum (dalam joule) berkas sinar-X dengan panjang gelombang 0,71 Å (Mo Kα) dan 1,54Å (Cu Kα).
GEOMETRI KRISTAL
Kristal
Unit Sel
Sistem Kristal
Variasi keenam parameter kisi ini menghasilkan tujuh sistem kristal yang karakteristiknya ditentukan oleh tiga unsur simetri, yaitu;
Kisi
Grid berpusat pada wajah (F); Ada tambahan 6 titik kisi di tengah setiap permukaan sel. Grid berpusat pada dasar (A, B atau C); Ada titik kisi tambahan di salah satu pusat permukaan sel.
Simetri Dalam Kristal
- Sumbu Simetri
- Bidang Simetri
- Pusat Simetri
Bidang simetri merupakan bidang bayangan yang dapat membagi kristal menjadi dua bagian yang sama besar, dimana bagian yang satu merupakan refleksi dari bagian yang lain. Bidang simetri ini dibedakan menjadi dua, yaitu bidang simetri aksial dan bidang simetri perantara.
Struktur Kristal
- Struktur Kristal kubik
- Struktur Kristal Heksagonal Closed Packed (HCP)
Bilangan koordinasi struktur kristal BCC adalah 8. Skema struktur BCC ini dapat dilihat pada Gambar 2.9. STRUKTUR KRISTAL HEXAGONAL KEMASAN TERTUTUP (HCP) Tidak semua logam memiliki sel satuan dengan simetri kubik.
Jari-jari Atom
- Jari-jari Atom
- Rapat Kemasan Atomik
- Dimensi Unit Sel
Jari-jari atom digunakan untuk menghitung besarnya jarak kesetimbangan antara dua pusat atom yang berdekatan. Pada sistem kristal kubik sederhana terlihat atom-atomnya hanya bersentuhan sepanjang sisi-sisi kubus, sehingga kristal ini mempunyai jari-jari atom a/2 seperti terlihat pada gambar 2.17.
Arah dan Bidang Kristal
- Arah Kristal
- Bidang Kristal
- Indeks Miller
Konversikan arah [110] dan [001o] serta bidang (111) dan (11o1) menjadi skema empat indeks Miller-Bravais untuk sel satuan heksagonal. Dalam semua sistem kristal kecuali sistem kristal heksagonal, bidang kristalografi juga ditentukan menggunakan skema tiga indeks yang disebut indeks Miller, yang juga menggunakan sel satuan sebagai dasarnya.
DIFRAKSI SINAR-X
Difraksi
Hanya pada arah 1΄ dan 1a΄ saja berkas-berkas hamburan berada dalam satu fasa sehingga dapat saling menguatkan. Sinar-sinar yang dihamburkan oleh semua atom yang berada pada semua bidang berada sefase sempurna dan saling menguatkan satu sama lain (interferensi konstruktif) sehingga membentuk berkas yang dibelokkan searah seperti pada gambar.
Hukum Bragg
Karena koefisien λ sekarang adalah 1, kita dapat menganggap pantulan orde apa pun sebagai pantulan bidang orde pertama yang dipisahkan oleh 1 u dari jarak sebelumnya, namun hal ini cukup rumit, jadi kita atur menjadi B = B ′⁄ u dan tuliskan hukum Bragg ke dalam bentuk. Asumsikan pemantulan orde kedua dari bidang 100 ditunjukkan pada Gambar 3.3(a) Karena refleksi orde kedua, maka selisih jalur ABC antara sinar-sinar yang dihamburkan oleh bidang (100) terdekat haruslah dua panjang gelombang penuh. Secara umum pemantulan orde ke-n dari suatu bidang (hkl) yang berjarak d' dapat dianggap sebagai pemantulan orde pertama dari suatu bidang (nh nk nl) yang berjarak B = B′⁄u.
Spektroskopi Sinar-x
Prosedur serupa berlaku untuk bidang 300, 400, dan seterusnya, yang masing-masing berkaitan dengan refleksi orde ketiga, keempat, dan seterusnya dari bidang (100). Perhatikan bahwa konvensi ini sesuai dengan definisi indeks Miller, karena (nh nk nl) adalah indeks Miller untuk bidang sejajar bidang (hkl) yang jarak akhirnya adalah 1/te dari nilainya. Dengan cara ini, kurva yang ditunjukkan pada Gambar 1.5 akan terbentuk, dan karakteristik panjang gelombang yang tercantum pada Lampiran 7 akan dihasilkan.
Arah Difraksi
Kristal yang digunakan biasanya dipotong atau dibelah sehingga bidang tertentu yang diketahui keberadaannya sejajar dengan permukaan. Yang benar-benar kita perlukan adalah persamaan umum yang dapat memprediksi sudut bias suatu bidang tertentu. Persamaan ini dibuat dengan menggabungkan hukum Bragg dengan persamaan jarak bidang (Lampiran 3), yang dapat diterapkan pada kristal tertentu yang digunakan.
Metode Difraksi
- Metode Laue
- Metode Rotasi Kristal
- Metode Serbuk
- Metode Difraktometer
Urutan garis khas kisi kubik ditunjukkan menggunakan grafik pada Gambar 5.6 dalam bentuk pola difraksi terhitung. Dalam bidang kristalografi, difraksi sinar-X dapat digunakan untuk menentukan orientasi kristal dan kualitas individu, yang dapat dilakukan dengan menggunakan metode Laue dan metode difraktometer. Pencarian menggunakan komputer memungkinkan kesalahan muncul pada sampel dari sampel yang tidak diketahui atau pada file data.
Difraksi Dibawah Kondisi Normal
Peralatan Difraksi Sinar-x
Alternatifnya, Anda dapat menghitung nilai d untuk setiap baris dan mengerjakan kumpulan angka ini. Pencarian dengan metode ini berguna jika peneliti sudah mengetahui komposisi kimia sampel. Jika struktur kristal suatu fasa diketahui, maka konsentrasi setiap fasa dapat ditentukan dengan menggunakan metode analisis Rietvield.
INTENSITAS BERKAS DIFRAKSI
Macam-macam Penghamburan
- Penghamburan Oleh Elektron
- Penghamburan Oleh Atom
- Penghamburan Oleh Unit Sel
Oleh karena itu, amplitudo berkas yang dibelokkan merupakan fungsi peluruhan bertahap sudut hamburan dan amplitudo ini bervariasi terhadap φ dan θ. Selain faktor skala, intensitas hamburan kisi juga bergantung pada pengaruh geometri lain, G, yang merupakan fungsi variasi sudut difraksi, θ. Dengan mempertimbangkan semua hal yang terkait, intensitas yang dihamburkan oleh suatu kisi diberikan oleh persamaan berikut.
Faktor-faktor yang mempengaruhi intensitas difraksi
- Faktor Struktur
- Faktor Multisiplitas
- Faktor Lorentz-Polarisasi
- Faktor Absorpsi
- Faktor Temperatur
Oleh karena itu, pantulan Bragg dari dua titik kisi timbal balik ini akan diamati pada sudut Bragg yang sama. Koreksi serapan dalam hal ini merupakan fungsi dari sudut Bragg, seperti ditunjukkan pada Persamaan 4-21. Dalam terjadinya hamburan difusi suhu, kita mempunyai contoh lain hamburan non-Bragg.
Intensitas Dari Garis-garis Pola Serbuk
Dari nilai tersebut, rasio aksial c/a dapat dihitung lebih akurat dibandingkan menggunakan metode grafis. Penggunaan panduan pencarian yang menggunakan metode numerik tidak memerlukan pengetahuan tentang komposisi kimia sampel. Sebagian besar pola yang tersimpan di kartu data dibuat dengan radiasi Cu Kα, kecuali zat yang mengandung zat besi.
APLIKASI DIFRAKSI SINAR-X
Orientasi dan Kualitas Kristal tunggal
- Orientasi Kristal Tunggal
- Kualitas Kristal Tunggal
Yang akan dijelaskan dibawah ini merupakan salah satu dari ketiga metode tersebut yaitu metode difraktometer. Tidak ada masalah pemfokusan ketika radiasi monokromatik dipantulkan dari kristal tunggal yang tidak mengalami deformasi, dan berkas masuk yang ideal untuk menentukan orientasi kristal adalah berkas paralel, bukan divergen. Ketika orientasi sejumlah besar kristal ditentukan secara rutin, metode difraktometri lebih unggul.
Struktur Kristal Banyak
Ukuran butir logam atau paduan polikristalin mempunyai pengaruh yang jelas terhadap sifat logam itu sendiri. Metode paling akurat untuk mengukur ukuran butir dalam rentang ini adalah pemeriksaan mikroskopis; Prosedur yang biasa dilakukan adalah menentukan jumlah rata-rata butiran per satuan luas bagian yang akan dipoles dan melaporkannya dalam formulir. Perubahan alami pada foto lubang jarum yang disebabkan oleh pengurangan ukuran butir sampel secara terus-menerus diilustrasikan pada Gambar 5-4.
Penentuan Struktur Kristal
- Perlakuan Awal Terhadap Data
- Mengurutkan Pola Kristal Kubik
- Mengurutkan Pola Kristal non-Kubik (Metode Grafik)
- Mengurutkan Pola Kristal non-Kubik (Metode Analitik)
Analisis kualitatif dengan menggunakan difraksi didasarkan pada kenyataan bahwa intensitas pola difraksi suatu fasa tertentu dalam suatu campuran bergantung pada konsentrasi fasa tersebut dalam campuran. Oleh karena itu, kita dapat melakukan pengukuran nyata kandungan austenit pada baja dengan menggunakan perbandingan langsung. Hanawalt bertujuan untuk mengkarakterisasi sampel berdasarkan nilai d dari tiga garis terkuat dan intensitas relatif untuk mengidentifikasi pola suatu zat yang tidak diketahui dan kemudian mencocokkannya menggunakan peta data.
ANALISIS KIMIA DENGAN DIFRAKSI SINAR-X
Analisis Kualitatif
- Metode Hanawalt
- Metode Fink
- Prosedur Analisis
- Contoh Analisis
- Kesulitan-kesulitan Praktis
Nilai d1, d2, d3 dan intensitas relatif digunakan untuk mengidentifikasi pola suatu zat yang tidak diketahui. Setelah dilakukan tabulasi nilai d dan I/I1 dari hasil percobaan, sampel yang belum diketahui komposisinya dapat diidentifikasi dengan mengikuti langkah-langkah berikut. Tata cara pencarian file data suatu pola atau pola untuk mencocokkan sampel yang tidak diketahui pada dasarnya hanya menggunakan satu nomor saja, sehingga idealnya dapat dilakukan dengan menggunakan komputer.
Analisis Kuantitatif
- Analisis Kuantitatif Fasa Tunggal (Single Phase)
- Analisis Kuantitatif Fasa Banyak (Multi Phase)
Kita kemudian akan fokus pada garis tertentu dari fase α dan menulis ulang persamaan 6.1 dalam bentuk satu fase. Persamaan ini menghubungkan intensitas garis difraksi suatu fasa dengan fraksi volume fasa tersebut dan koefisien serapan kedua fasa. Perbandingan antara intensitas garis dari fasa A dan garis dari standar S merupakan fungsi linier dari wA, yang merupakan fraksi massa A dalam.
Kesulitan-kesulitan Yang Muncul
- Orientasi yang disukai (Preferred Orientation)
- Absorpsi Mikro (Microabsorption)
- Pemadaman (Extinction)
Dengan kata lain, adanya efek peredupan dan mikroabsorpsi tidak memvalidasi metode standar internal, efek ini konstan dari sampel ke sampel, termasuk kalibrasi sampel. Oleh karena itu, efek redaman dan mikroabsorpsi yang terjadi tidak akan mempengaruhi keakuratan metode standar eksternal antara fase kristal dan. Jelaskan secara sederhana perbedaan yang ada antara metode standar internal, metode perbandingan langsung, dan metode standar eksternal.
PENGOLAHAN DATA DIFRAKSI
Software Untuk Analisis Kualitatif dan Kuantitatif
- APD (Automated Powder Diffraction)
- Bella V.2
- ICDD (The International Centre for Data Diffraction)
- GSAS (General Structure Analysis System)
Paket GSAS dapat digunakan untuk menganalisis data difraksi kristal tunggal dan bubuk secara bersamaan (analisis Rietveld). EXPGUI tidak dapat mengubah tipe atom, juga tidak dapat mengubah atau mengedit batasan lunak. Selain itu, EXPGUI tidak dapat digunakan untuk parameter hamburan magnetik atau histogram monokristalin.
Prosedur Analisis Kualitatif dan Kuantitatif
- Analisis Kualitatif
- Analisis Kuantitatif
Studi Kasus Analisis Kualitatif dan Kuantitatif
