Tugas Kolokium Kimia Khairun Nisa (1630110010) T. Kim [PDF]

Citation preview

TUGAS KOLOKIUM KIMIA



OLEH: KHAIRUNNISA (1630110010)



DOSEN: DR. ELVI RAHMI, M. Si



JURUSAN TADRIS KIMIA FAKULTAS TARBIYAH DAN ILMU KEGURUAN INSTITUT AGAMA ISLAM NEGERI (IAIN) BATUSANGKAR 2019



TUGAS KOLOKIUM KIMIA



A. FESEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy) 1. Analisis Menggunakan FESEM Field Emission Elektron Microscopr yang biasanya disingkat dengan nama FESEM. FESEM merupakan singkatan dari kata bidang Emisi Scanning Electron mikroskop. FESEM digunakan untuk memvisualisasikan rincian topografi yang sangat kecil di permukaan atau seluruh objek dari benda. SEM dikembangkan pertama kali tahun 1938 oleh Manfrd von Ardenne (ilmuan Jerman). Konsep dasar dari SEM di sampaikan oleh Max Knoll (penemu TEM) pada tahun 1935. SEM berkerja berdasarkan prinsip kerja scan sinar elektron pada permukaan sampel, yang selanjutnya informasi yang didapatkan diubah menjadi gambar. Imajinasi gambar yang didapat mirip sebagaimana gambar pada televisi (scribd, diakses tgl 7-08-19). Cara terbentuknya gambar pada FESEM berbeda dengan apa yang terjadi pada mikroskop optic dan TEM. pada FESEM gambar dibuat berdasrkan deteksi elektron baru (elektron sekunder) atau kelektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut discan dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT (cathode ray tube). Di layar CTR inilah gambar struktur objek yang sudah diperbesar bisa dilihat. Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk mengamati objek benda berukuran nano meter. Meskipun demikian, resolusi tinggi tersebut didapatkan dalam bentuk scan horizontal, sedangkan scan secara vertikal (tinggi rendah struktur) resolusinya rendah. Ini merupakan kelemahan SEM yang belum diketahui pemecahannya. Namun demikian, sejak sekitar 1970an, telah dikembangkan mikroskop baru yang mempunyai resolusi tinggi baik secara horizontal maupun vertikal, yang dikenal dengan “scanning probe microscopy (SPM)”. SPM mempunyai prinsip kerja yang berbeda dengan SEM maupun TEM dan merupakan generasi baru dari tipe mikroskop scan. Mikroskop yang sekarang dikenal mempunya tipe ini adalah scanning tunneling microscope (STM), atomic force microscope (AFM) dan scanning near-field optical



microscope (SNOM). Mikroskop tipe ini banyak digunakan dalam riset teknologi nano. Mikroskop elektron adalah sebuah kikroskop yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang menggunakan elektrostatik dan elektromagnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek dan resolusi yang jauh lebih bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop elektron ini menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya (scribd, diakses tgl 7-08-19). FESEM digunakan untuk studi detail asitektur permukaan sel ( atau struktur jasad renik lainnya), dan objek diamati secara 3 dimensi. Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan persiapan sediaan dengan tahap sebagai berikut : 1) melakukan fiksasi, yang bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur sel yang akan diamati. Fikasai dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa glutaraldehida atau osmium tetroksida. 2) Dehidrasi, yang bertujuan untuk merendahkan kadar air dalam sayatan sehingga tidak mengganggu proses pengamatan. 3) Pelapisan atau pewarnaan, bertujuan untuk memperbesar kontras antara preparat yang akan diamati dengan lingkungan sekitarnya. Pelapisan atau pewarnaan dapat menggunakan logam mulia seperti emas dan platina (scribd, diakses tgl 7-08-19). 2. Pengertian FESEM Mikroskop bidang emisi (FEM) adalah teknik analisa yang digunakan dalam ilmu material untuk menyelidiki struktur permukaan molekul dan sifat elektronik. Diciptakan oleh Erwin Wilhelm Muller Tahun 1936, FEM adalah salah satu instrumen analisis permuakaan pertama yang mendekati atom resolusi (Wikipedia). Scanning



electron



microscop



serbaguna,



teknik



non-destruktif



yang



mengungkapkan informasi rinci tentang morfologi dan komposisi bahan-bahan alami, SUPRA TM 40 (Zeiss) telah dikembangkan sebagai FESEM serbaguna yang mampu memberikan solusi berkualitas tinggi untuk banyak aplikasi menuntut di bidang teknologi nano. FESEM memiliki stabilitas yang tinggi sebesar 130 mm dengan medan magnet yang sangat rendah di luar lensa objektif yang



memungkinkan penyelidikan baham magnetik dan perangkat (scribd, diakses tgl 7-08-19). FEM adalah mikroskop elektron gambar. Teknologi bidang emitor baru dan kolom Gamini canggih untuk resolusi tinggi bentuk elektron, lebih 1.000 X (> 100 nm pada 1 kV) untuk beberapa sampel. Pada tegangan rendah seperti, sampel non konduktif yang mudah tanpa gambar lapisan. Modus VP berjalan di ruang sampel pada tekanan tinggi (20-40 Pa) yang membantu bertugas kompensasi sampel. Sistem EDS mendeteksi sinar-X yang dipancarkan dari sampel sebagai akibat dari energi tinggi sinar elektron menembus ke dalam sampel. Spektrum sinar-X dapat dikumpulkan dan dianalisis, menghasilkan informasi kuantitatif tentang unsur sampel. “standarless” rutin digunakan, yang menghasilkan akurasi 1-2% dan sensitivitas untuk beberapa elemen turun menjadi 0,1 persen beratnya. Memindai garis dan peta



x-ray juga dapat dihasilkan. Elektron backscattered difikasi



(EBSD) sistem menggunakan layar fluorescent untuk menangkap elektron difraksi dari sampel kristal. Pola difraksi adalah karakteristik dari struktur kristal dan orientasi wilayah sampel dari yang dihasilkan. Dengan bantuan perangkat lunak yang sangat cangih dan beberapa database kritalografi, struktur kristal dapat diidentifikasi dan berorientasi. Untuk sampel ahli-dipoles, pemetaan orientasi, tekanan, Morfologi, dan lain-lain (scribd, diakses tgl 7-08-19). Penelitian Hitachi pada mikroskop elektron, yang menggunakan sinar elektron untuk menerangi spesimen dan menghasilkan gambar diperbesar. Sehingga salah satu ilmuan yang bernama Crewe tertarik pada mikroskop elektron dari Hitachi karena program biologi lab-nya luas. Crewe ingin memperbaiki gambar mikroskopis yang begitu integral penelitian ahli biologi. Dia datang dengan desain untuk mikroskop yang memindai sampel dengan sinar energi tinggi elektron dalam persegi panjang, garis-at-a-time pola. Karena berkas elektron sempit, gambar



scanning-elektron-mikroskop



memiliki



kedalamaan



besar



dan



menghasilkan tampilan tiga dimensi karateristik yang berguna untuk memahami struktur sampel. Oleh karena itu, Crewe membentuk sebuah kelompok di Argonne untuk mengubah konsep menjadi kenyataan, dan pada tahun 1963 para peneliti membuat perangkat berfungsi. Setahun kemudian, ia mengembangkan bidang emisi pertama (FE) pistol, yang meningkatkan mikroskop elektron kulitas optik. Pistol menghasilkan berkas elektron lebih kecil dengan diameter dan rapat arus yang lebih besar, serta kecerahannya yang dapat dicapai dengan termionik emitter



yang konvensional bergantung pada aliran panas yang disebabkan dari pembawa muatan permukaan. Pistol juga meningkatkan sinyal untuk rasio kebisingan dan resolusi spasial (scribd, diakses tgl 7-08-19). Transmisi dan scanning electron microscopes (SEM) digunakan sebagai sumber untuk gambar formasi elektron (partikel dengan biaya yang negatif), dalam kontras cahaya microscopes (AY). Elektron ini diproduksi oleh bidang sumber emisi dalam FESEM. Sampel (objek) dipindai dalam jenis pola zig-zag oleh elektron beam. Pada diagram balok dari pola dalam mikroskop cahaya (SEM). Peneliti di biologi, kimia dan fisika memerlukan teknik ini untuk melihat struktur yang mungkin sebagaian kecil berukuran 1 nanometer. FESEM yang dapat digunakan misalnya untuk belajar DNA dan sel bahan organelles, yang memiliki mikroskop, misalnya membekukan fracturing perangkat (Oxford Ato). 3. Prinsip Kerja FESEM



Gambar 1. Skema FESEM secara umum (Field Emission Scanning Electron Microscope-Theory.mnt)



Gambar diatas menunjukkan suatu bagan atau skema FESEM secara umum. Elektron dari suatu kawat pijar diletakkan di dalam suatu tabung elektron yang berbentuk bertiang untuk specimen atau sampel di dalam suatu ruangan hampa. Berkas cahaya akan membentuk satu baris secara terus menerus menandai ke seberang sampel pada kecepatan tinggi. Berkas cahaya ini akan menyinari sampel yang mana pada gilirannya menghasilkan suatu isyarat peta elektron dalam wujud berupa fluorescence sinar x, elektron backscattered atau sekunder. FESEM mempunyai suatu detektor elektron. Isyarat yang diproduksi oleh elektron sekunder dideteksi dan dikirim untuk dijadikan suatu gambaran pada CTR. Memindai suatu nilai tingkat berkas cahaya pada elektron dapat ditingkatkan atau diatur sedemikian rupa sehingga suatu gambar 3D dapat dulihat pada sampel yang telah discanning. 4. Fungsi FESEM Elektron yang liberated dari bidang sumber emisi dan akselerasi yang tinggi dalam bidang listrik lereng. Pakum tinggi dalm kolom ini disebut eletron utama untuk memfokuskan dan elektronik yang dibelokkan lensa untuk menghasilkan



sempit scan bean yang bombards objek. Akibatnya “elektron sekunder adalah Tulang dari setiap titik pada objek”. Yang lebih kecil sudutnya dari insiden yang elektron beam adalah sehubungan dengan sampel permukaan yang tinggi dan titik tertentu dalam sampel, semakin banyak elektron sekunder dapat mencapai detektor dan ringan titik ini akan muncul dalam gambar berikut amplifikasi sinyal elektronik dan digitalization. Juga komposisi sampel memiliki efek pada jumlah elektron yang dibelokkan sehingga pada “nilai abu-abu” yang sesuai the piksel dalam gambar. (posisi titik sampel relatif ke detektor yang sangat berpengaruh pada kekuatan sinyal, namun ini adalah faktor jarak diambil ke account dan kompensasi). Deteksi dari kedua elektron hasil dalam bentuk tiga dimensi bayangan-cased permukaan keterwakilan sampel. Untuk mencegah agar elektron yang tidak diambil oleh detektor akan menggantung seperti awan masking sekitar sampel, sehingga masking foto, SEM adalah contoh di muka dilapisi karbon atau platinum, merambah ke elektron tak berguna (scribd, diakses tgl 7-08-19).



Gambar 2. alat FESEM dari Luar keterangan gambar : 1. Bagian atas yang elektron gun, dan berbagai tingkatan di bawah elektronmagnetik lensa untuk menyesuaikan dengan elektron beam. Tabung dan



pompa yang terlihat dalam mempertahankan kekosongan di dalam instrumen ini adalah kuat dan pendinginan unit untuk menjaga suhu di cryo-unit jauh di bawah nol. 2. Bagian yang terletak di meja merupakan Mikroskop yang dioperasikan dari panel steering J menutup salinan panel ini telah digunakan untuk simulasi. 3. The cryo-unit berkenaan dengan teropong yang terletak di kolom kiri. 4. Ketika konvensional (tidak cryo) mikrskopi diterapkan pertukaran di ruang tamu, di bawah kolom digunakan untuk memperkenalkan objek ke dalam wilayah pakum tinggi. 5. Objek dapat dilihat pada layar besar ketika sedang dipindai. 6. Layar kecil berfungsi untuk melihat objek ruang 7. Komputer untuk memperisapkan dan pengelolaan gambar terletak di kanan 8. Lemari yang dibawah meja berisi (LOT OF) elektronik. Di latar belakang suara (wav atau mp3 suara) dari pompa yang mempertahankan kekosongan dalam kolom dapat didengar serta sissing dari perebusan nitrogen untuk membekukan-unit dan pendinginan pada kolom (penyadapan suara ketika nitrogen cair masuk ke dalam kontainer wav (388KB) atau mp3 (87KB). 5. Contoh Hasil Sampel Contoh sampel yang diteksi dengan FESEM ini adalah sel kulit makhluk hidup dan berbagai serangga. Dimana dapat dilihat contoh gambar sampel sebagai berikut: 1) Contoh sampel Cat Flea (kutu kucing) dengan perbesaran 350 kali. Tidak sama dengan mata campuran kebanyakan serangga, kutu mempunyai mata sederhana



2) Contoh sampel dengan ukuran 100nm, potensial 20kv dengan perbesaran 50.000 kali. Ini sudah merupakan jenis preparat yang baik karena tidak terdapat cacat.



3) Contoh sampel lalat kuning dengan perbesaran berjuta kali sehingga memperlihatkan detail gambar yang sedikit menyeramkan dalam bentuk 3D.



4) Contoh sampel lebah yang diperbesar berjuta kali sehingga memperlihatkan detail gambar yang agak menyeramkan dalam bentuk 3D.



6. Analisis yang Dapat Dicek dengan FESEM yang berhubungan dengan KIMIA Alur proses kerja yang dilakukan dalam sintesis magnesium ferrite akan ditunjukkan seperti pada bagan dibawah ini:



Analisa menggunakan alat Field Emission Scanning Electron Microscopy(FE-SEM) dilakukan untuk melihat nanopartikel magnesium ferit telah berhasil disintesis. Analisa ini juga dilakukan untuk mengetahui bahwa partikel yang terbentuk telah berada pada skala nanometer. Selain itu analisa menggunakan alat ini juga digunakan untuk mengetahui komposisi unsur penyusun sampel nanopartikel. Pada pengujian ini dipilih sampel magnesium ferit yang disintesis tanpa menggunakan PEG 6000. Berdasarkan hasil pengujian diperoleh ukuran salah satu partikel yaitu : 65,192 nm. Hal tersebut dapat dilihat seperti gambar 1 yang menunjukkan hasil pencitraan



menggunakan Field Emission Scanning Electron Microscopy(FE-SEM). Analisa ini menunjukkan bahwa telah terbentuk partikel nano dari sampel yang telah berhasil disintesis (Repository.USU.ac.id, diakses 2-08-19).



Gambar 1. Hasil pencitraan Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM)untuk sampel nanopartikel magnesium ferit Mapping dari spektrum unsur nanopartikel magnesium ferit seperti pada gambar 2. ditampilkan untuk melihat komposisi unsur penyusun sampel nanopartikel magnesium ferit dalam At%.



Gambar 2. Hasil spektrum unsur analisa menggunakan Field Emission Scanning Electron Microscopy(FE-SEM) untuk sampel nanopartikel magnesium ferit



Berdasarkan spektrum hasil analisa menggunakan Field Emission Scanning Electron Microscopy(FE-SEM) dapat dilihat bahwa sampel nanopartikel memiliki unsur penyusun yaitu: Mg, Fe dan O dengan perbandingan masing-masing komposisi unsur penyusun yaitu: 0.7, 22.5 dan 76.8% atomik. Sesuai dengan formula dari magnesium ferit bahwa unsur O



memiliki jumlah atom terbanyak dalam satu sel Kristal dan unsur Mg memiliki jumlah terkecil. FESEM bekerja dengan menscan terlebih dahulu sampel yang akan diuji, kemudian informasi tentang tumbukan, pantulan maupun fase sinar elektron yang menembus lapisan tipis tersebut. Dari sifat pantulan dinar elektron tersebut juga bisa diketahui struktur kristal maupun arah dari struktur kristal tersebut. Bahkan dengan analisa yang lebih detail kita dapat mengetahui deretan struktur atom dan ada tidaknya cacat (defect) pada struktur kristal tersebut (scribd, diakses tgl 7-08-19). Jenis sampel yang dapat dianalisa: sampel biologi atau material padat. Aplikasi (analisa sampel):



1. Sampel Padat: logam, bubuk kimia, kristal, polymers, plastik, keramik, fosil, butiran, karbon, campuran partikel logam, sampel Arkeologi.



2. Sampel Biologi: sel darah, produk bakteri, fungal, ganggang, benalu dan cacing. Jaringan binatang, manusia dan tumbuhan.



3. Sampel Padatan Biologi: contoh profesi dokter gigi, tulang, fosil dan sampel arkeologi (Sudarman dkk., 2011).



7. KELEBIHAN - KELEMAHAN FESEM Adapun kelebihan teknik SEM yaitu terdapat sistem vakum pada electronoptical column dan sample chamber yang bertujuan antara lain:



a. Menghilangkan efek pergerakan elektron yang tidak beraturan karena adanya molekul gas pada lingkungan tersebut, yang dapat mengakibatkan penurunan intensitas dan stabilitas.



b. Meminimalisasi gas yang dapat bereaksi dengan sampel atau mengendap pada sampel, baik gas yang berasal dari sampel atau pun mikroskop. Karena apabila hal tersebut terjadi, maka akan menurunkan kontras dan membuat gelap detail pada gambar (Prasetyo, 2011). Sedangkan kelemahan dari teknik SEM antara lain:



a. Memerlukan kondisi vakum b. Hanya menganalisa permukaan c. Resolusi lebih rendah dari TEM



d. Sampel harus bahan yang konduktif, jika tidak konduktor maka perlu dilapis logam seperti emas (Material Cerdas, 2009).



B. TEM (Transmission Electron Microscopy) dan HRTEM (High Resolution Electron Microscopy) 1. Analisis Menggunakan TEM dan HRTEM TEM adalah teknik yang menggunakan interaksi elektron energik dengan sampel



dan



memberikan



informasi



morfologis,



komposisi,



dan



kristalografi. Elektron yang dipancarkan dari filamen melewati beberapa lensa elektromagnetik dan melakukan kontak dengan layar di mana elektron dikonversi menjadi cahaya dan gambar diperoleh. Kecepatan elektron secara langsung berkaitan dengan panjang gelombang elektron dan menentukan resolusi gambar. TEM modern terdiri dari sistem pencahayaan, sistem lensa kondensor, sistem lensa objektif, sistem perbesaran, dan sistem perekaman data. Satu set lensa kondensor



yang memfokuskan



sinar



pada



sampel



dan



lensa



objektif



mengumpulkan semua elektron setelah berinteraksi dengan sampel dan membentuk gambar sampel, dan menentukan batas resolusi gambar. Akhirnya, satu set lensa menengah yang memperbesar gambar ini dan memproyeksikannya pada layar fosfor atau perangkat charge coupled device (CCD). TEM dapat digunakan untuk mode pencitraan dan difraksi. Mikroskopi elektron transmisi resolusi tinggi (HRTEM) menggunakan sinar yang ditransmisikan dan tersebar untuk membuat gambar interferensi. Ini adalah gambar kontras fase dan bisa sekecil sel satuan kristal. Dalam hal ini, gelombang elektron termodulasi keluar pada sudut yang sangat rendah mengganggu dirinya sendiri selama propagasi melalui lensa objektif. Semua elektron yang muncul dari spesimen digabungkan pada suatu titik di bidang gambar. HRTEM telah digunakan secara luas dan berhasil untuk menganalisis struktur kristal dan ketidaksempurnaan kisi dalam berbagai jenis bahan canggih pada skala resolusi atom. Ini dapat digunakan untuk karakterisasi cacat titik, kesalahan susun, dislokasi, mengendapkan batas butir, dan struktur permukaan. HRTEM adalah instrumen untuk studi pembesaran nanomaterial yang tinggi. Resolusi tinggi membuatnya sempurna untuk bahan pencitraan pada skala atom. Keuntungan utama TEM dibandingkan mikroskop lainnya adalah dapat



secara bersamaan memberikan informasi dalam ruang nyata (dalam mode pencitraan) dan ruang timbal balik (dalam mode difraksi). Instrumen kami memiliki tahap kemiringan tunggal dan Tilt Angle maksimum -10º hingga + 10o di Goinometer. Instrumen ini dapat beroperasi dalam mode Bright-Field, DarkField, Resolusi tinggi, SAED dan CBED. Kami memiliki probe standar dan probe temperatur variabel (100 hingga 500 K). TEM digabungkan dengan kamera digital Gatan untuk pemrosesan gambar digital. Instrumen dapat naik hingga pembesaran maksimum 1,5 juta. Ini memiliki ACD (alat anti kontaminasi) yang bekerja dengan bantuan nitrogen cair, yang membantu filamen dari kontaminasi yang disebabkan oleh sampel yang mudah menguap. Untuk mendapatkan gambar kisi, bukaan obyektif yang besar harus dipilih yang memungkinkan banyak sinar termasuk sinar langsung untuk lewat. Gambar dibentuk oleh interferensi balok yang terdifraksi dengan sinar langsung (kontras fase). Jika resolusi titik mikroskop cukup tinggi dan sampel kristal yang cocok berorientasi sepanjang sumbu zona, maka gambar TEM (HRTEM) resolusi tinggi diperoleh. Dalam banyak kasus, struktur atom spesimen dapat secara langsung diselidiki oleh HRTEM jika bukan Mikroskopi Elektron tranversal adalah TEM satu 2. Pengertian TEM dan HRTEM TEM merupakan teknik mikroskopis dimana sejumlah elektron ditransmisikan melalui spesimen tipis dan berinteraksi dengan spesimen yang di melewati. Gambar terbentuk dari interaksi elektron yang ditransmisikan melalui spesimen. Gambar diperbesar dan difokuskan ke perangkat visual , seperti layar fluoresen atau yang akan dideteksi oleh sensor seperti kamera CCD. Mikroskopi elektron transmisi resolusi tinggi ( HRTEM ) adalah mode pencitraan mikroskop elektron transmisi khusus (TEM) yang memungkinkan pencitraan langsung struktur atom sampel. HRTEM adalah alat yang ampuh untuk mempelajari sifat material pada skala atom, seperti semikonduktor, logam, partikel



nano,



dan



karbon



berbahan



sp 2 (misalnya



graphene,



C



nanotube). Sementara HRTEM sering juga digunakan untuk merujuk pada pemindaian resolusi tinggi TEM (STEM, kebanyakan dalam mode medan gelap annular sudut tinggi), artikel ini menjelaskan terutama pencitraan objek dengan merekam distribusi amplitudo gelombang spasial 2D dalam bidang gambar, dalam analogi ke mikroskop cahaya "klasik". Untuk disambiguasi, teknik ini juga sering



disebut sebagai fase kontras TEM. Saat ini, resolusi titik tertinggi yang diwujudkan dalam kontras fase fase adalah sekitar 0,5 ångströms (0,050 nm ). Pada skala kecil ini, atom individu kristal dan cacatnya dapat diatasi. Untuk kristal 3 dimensi, mungkin perlu menggabungkan beberapa tampilan, yang diambil dari sudut yang berbeda, ke dalam peta 3D. Teknik ini disebut kristalografi elektron (wikipedia) . Salah satu kesulitan dengan HRTEM adalah bahwa pembentukan gambar bergantung pada fase kontras. Dalam pencitraan fase-kontras , kontras tidak selalu dapat ditafsirkan secara intuitif, karena gambar dipengaruhi oleh penyimpangan lensa pencitraan dalam mikroskop.Kontribusi terbesar untuk instrumen yang tidak dikoreksi biasanya berasal dari defocus dan astigmatisme. Yang terakhir dapat diperkirakan dari apa yang disebut pola cincin Thon yang muncul dalam modulus transformasi Fourier dari gambar film amorf tipis (wikipedia). 3. Prinsip Kerja



Prinsip kerja dari TEM secara singkat adalah sinar elektron mengiluminasi spesimen dan menghasilkan sebuah gambar diatas layar pospor. Gambar dilihat sebagai sebuah proyeksi dari spesimen. Adapun prinsip kerja dari bagian-bagian TEM adalah sebagai berikut: 1. Electron source : Menghasilkan elektron monokromatik. 2. Condensor ions : Memfokuskan berkas elektron.



3. Condensor aperture : Mengurangi intensitas sinar dengan menyaring elektron dari beam. 4. Objective lens : Memfokuskan berkas. 5. Objective aperture : Meningkatkan Kontras dengan menghalangi difraksi elektron. 6. Projector lens : Memperbesar gambar. 7. Screen : Melihat hasil gambar. TEM, sampel yang disiapkan sangat tipis sehingga elektron dapat menembusnya kemudian hasil dari tembusan elektron tersebut yang diolah menjadi gambar. Aplikasi utama TEM adalah sebagai berikut: analisis mikrostruktur, identifikasi defek, analisis interfasa, struktur kristal, tatanan atom pada kristal, serta analisa elemental skala nanometer.



Gambar. Aplikasi TEM



Sedangkan sinyal utama yang dapat dihasilkan oleh TEM dideskripsikan pada gambar berikut



.



Sinyal utama yang dapat ditangkap atau dihasilkan dari TEM cukup banyak antara lain : a) Diffraction Contrast : dipakai untuk mengkarakterisasi kristal biasa digunakan untuk menganalisa defek, endapan, ukuran butiran dan distribusinya. b) Phase Contrast : dipakai untuk menganalisa kristalin material (defek, endapan struktur interfasa, pertumbuhan kristal) c) Mass/Thickness Contrast : dipakai untuk karaterisasi bahan amorf berpori, polimer, material lunak (biologis) d) Electron Diffranction e) Characteristic X-ray (EDS) f) Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS + EFTEM) g) Scanning Transmission Electron Microscopy



Sehingga aplikasi utama TEM adalah sebagai analisis mikrostruktur, identifikasi defek, analisis interfasa, struktur kristal, tatanan atom pada kristal, serta analisa elemental skala nanometer. TEM Resolusi Tinggi (HRTEM) adalah alat utama dalam gangguan pencitraan. Prinsip dasar HRTEM yaitu : 1) Pertimbangan irisan kristal yang sangat tipis yang dimiringkan sehingga arah indeks-rendah persis tegak lurus terhadap berkas elektron. Semua bidang kisi yang sejajar dengan berkas elektron akan cukup dekat dengan posisi Bragg dan akan mendifraksi berkas primer.



2) Pola difraksi adalah transformasi fourier dari potensi priodik untuk elektron dalam dua dimensi. Dalam lensa objektif semua balok difraksi dan berkas primer disatukan kembali, interferensi mereka menyediakan transformasi balik dan mengarah pada gambar yang diperbesar dari potensi periodik. 3) Gambar ini diperbesar dengan sistem elektron-optik berikut dan akhirnya terlihat di layar pada perbesaran 106 Namun, pratik HRTEM lebih sulit bagi mereka daripada teori sederhana. Ilustrasi pertama berfungsi untuk membuat beberapa poin.



Gambar tersebut menunjukkan salah satu gambar HRTEM pertama yang diambil sekitar tahun 1979, ini adalah proyeksi dari Si-lattice, gambar skematik disediakan untuk perbandingan. Ini juga mengandung beberapa batas butir khusus yang disebut batas kembar. Memperhatikan bebrapa fitur yang jelas pada gambar diatas:  Alih-alih dua atom, hanya melihat “gumpalan” yang gelap  Atau apakah gumpalan gelap memberi sinyal saluran terbuka dalam proyeksi kisi?  Batas-batas kembar terlihat baik dibandingkan dengan gambar pada pandangan pertama. Melihat lebih dekat ada beberapa poin yang tidak jelas: panah kuning menunjukkan ke bidang kisi “fuzzy” di sebelah kanan (atau kiri) batas. Mengikuti pinggiran di batas tampaknya menghasilkan offset. Bagaimanapun, mereka menghancurkan periodisitas kisi dan tidak jelas apa yang akan dihasilkan oleh transformasi Fourier dalam kasuskasusu umum.  Lakukan simulasi cacat (yaitu menghitung gambar untuk potongan kristal yang diasumsikan dengan semua atom pada posisi yang tepat), tetapi memperhatikan poin yang disebutkan di bawah ini!! ini adalah



keterbatasan



HRTEM yang berasal dari non-idealitas instrumen dan



spesimen. − Spesimen tidak tipis secara sewenang-wenang jika ketebalannya dalam urutan panjang kepunahan, beberapa refleks mungkin memiliki intensitas yang sangat kecil karenamereka difraksi kembali ke balok utama. Lensa objektif kemudian tidak akan dapat merekonstruksi frekuensi spesial yang terkandung dalam refleksi ini, gambar terlihat seperti kisi yang berbeda. − Ini dapat dilihat dengan baik dalam gambar HRTEM dari Si dimana ketebalan sampel meningkat terus menerus:



ket : Inset menunjukkan kisi dalam proyeksi (100) ; sebuah sel elementer diberikan oleh persegi panjang besar yang dibentuk oleh garis biru solid. Di sisi kanan gambar, semua pantulan



bersemangat; pantulan {111}



yang sangat



kuat



mendominasi gambar dan bidang kisi {111} (ditunjukkan oleh garis putih) paling menonjol. Di sisi kiri ketebalannya berada di wilayah dimana pantulan {111} lemah; jenis refleksi {400} mendominasi ({100} adalah "dilarang" dalam kisi berlian). Kisi muncul persegi panjang. − Pada



prinsipnya,



ini



dapat



dihitung



juga,



tanpa



banyak



masalah. Apa yang jauh lebih bermasalah adalah " fungsi transfer kontras " dari lensa objektif.  Jika kita menganggap lensa objektif sebagai semacam penguat yang seharusnya memperkuat



frekuensi



(spasial)



dalam input



dengan



amplifikasi konstan dan tanpa distorsi fase, lensa objektif adalah penguat yang sangat buruk . Ini memiliki respons frekuensi yang sangat nonlinear, amplifikasi turun tajam untuk frekuensi tinggi (spasial) (artinya jarak



pendek). Dengan



kata



lain,



resolusinya



terbatas



(sekitar 0,1



nm dalam TEMs yang baik); Anda tidak dapat melihat detail yang lebih kecil.  Tetapi lebih buruk lagi, di sekitar batas resolusi, lensa objektif menginduksi pergeseran fase yang kuat sebagai fungsi dari beberapa parameter



(yang



paling



penting



adalah



pengaturan



fokus); ini



mempengaruhi pola interferensi yang akan menentukan gambar.  Kedua efek secara bersamaan dapat diekspresikan secara numerik dalam fungsi transfer kontras lensa. Jika Anda tahu fungsi itu (untuk setiap gambar yang Anda ambil), Anda dapat menghitung seperti apa bentuk gambar untuk lensa "sempurna" dengan batas resolusi tertentu; atau agak lebih mudah, Anda menghitung seperti apa kristal dengan cacat yang Anda anggap ada pada mikroskop khusus Anda dengan fungsi transfer kontras yang dimilikinya.  Tidak ada pendekatan yang sangat mudah; jumlah komputasi yang dibutuhkan bisa agak besar. Lebih buruk lagi, Anda harus menentukan bagian dari fungsi transfer kontras secara eksperimen; dan itu melibatkan pengambilan



beberapa



gambar



pada



pengaturan



fokus



yang



berbeda. Namun, gambar HRTEM menyediakan alat terbaik untuk studi cacat. Mereka sangat aman untuk digunakan tanpa perhitungan jika Anda mematuhi dua aturan sederhana: − Hanya lihat gambar di mana bagian kristal yang sempurna terlihat sebagaimana mestinya. Lagi pula, Anda biasanya tahu jenis materi apa yang Anda selidiki. Jadi jika gambar struktur berlian terlihat seperti bagian kiri ilustrasi di atas; membuangnya (atau setidaknya gunakan dengan hati-hati). Sepertinya struktur berlian Anda tidak bisa salah total dalam menafsirkan gambar. − Hanya menarik kesimpulan kualitatif (misalnya ada dislokasi dalam spesimen GAA ini!); jangan pernah menarik kesimpulan kuantitatif (misalnya berakhir pada atom Ga!) tanpa menghitung gambar.



4. Kelebihan dan kelemahan TEM Kelebihan TEM 1.



TEM menawarkan pembesaran yang paling kuat, hingga lebih dari satu juta kali pembesaran.



2.



TEM dapat digunakan untuk berbagai macam aplikasi dan dapat dimanfaatkan di berbagai bidang ilmiah, pendidikan dan industri yang berbeda.



3.



TEM memberikan informasi tentang elemen dan struktur majemuk dengan gambar berkualitas tinggi dan detil.



4.



TEM mampu menghasilkan informasi tentang fitur permukaan, bentuk, ukuran dan struktur.



Kekurangan TEM 1. Persiapan sampel untuk TEM umumnya memerlukan lebih banyak daripada kebanyakan teknik karakterisasi lainnya. 2. Banyak material memerlukan persiapan sampel yang rumit untuk menghasilkan sebuah sampel yang cukup tipis agar elektron dapat menembus sampel. 3. Struktur sampel juga mungkin berubah selama proses persiapan. Juga bidang pandang relatif kecil, meningkatkan kemungkinan bahwa daerah dianalisis mungkin tidak dapat mewakili dari seluruh sampel. Ada potensi pula sampel rusak oleh berkas elektron. 5. Contoh Sampel yang Dianalisis dari TEM dan HRTEM beserta Bentuk Luaran Gambar pertama menunjukkan batas butir sudut kecil di Si . Ini adalah gambar pertama dari jenis ini; hanya dapat diartikan secara kualitatif; fungsi transfer kontras tidak diketahui. Apa yang kita lihat tanpa keraguan adalah beberapa dislokasi berbaris yang merupakan batas - bagian atas kisi dimiringkan sehubungan dengan bagian bawah.



Gambar



berikutnya



(dari



W.



Bergholz)



menunjukkan



endapan SiO 2 di Si . Sekali lagi, interpretasi kualitatif tidak mungkin dan tidak perlu. Jelas bahwa endapan, meskipun sangat kecil, tidak berbentuk bola.



Selanjutnya



perbandingan



antara



bagian



yang



diperbesar



dari



tumpukan Ge / Si ditunjukkan bersama dengan evaluasi kuantitatif ini dan gambar-gambar lain yang diperoleh pada pengaturan fokus yang berbeda dari W.



Jaeger



dan



kelompoknya. Kode



warna



yang



didefinisikan



konsentrasi Ge dan representasi yang sangat jelas dari urutan multilayer diperoleh.



Atas perkenan W. Jäger



C. XRD (X-ray Diffraction Analysis) 1. Pengertian 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.



2. Prinsip Kerja XRD Tahapan kerja X-ray diffraction (XRD) terdiri dari empat tahapan, yaitu: produksi, difraksi, deteksi dan interpretasi. Untuk dapat melakukan fungsinya, Xray diffraction (XRD) dilengkapai oleh komponen-komponen penting seperti: tabung sinar-X, monochromator, dan lain-lain.



2.1 Produksi Pada gtahap ini, elektron yang dihasilakan ketika filamen (katoda) dipanaskan akaan dipercepaat akibat perbedaan tegangan antara filamen (katoda) dan logam target (anoda) sehingga terjadi tumbukan dengan logam target. Tumbukan antara elektron yang dipercepat tersebut dengan logam target akan meghasilkan radiasi sinar-X yang akan keluar dari tabung sinar-X dan berinteraksi dengan struktur kristal material yang diuji.



Gambar. Tabung sinar-X Komponen XRD ada 2 macam yaitu: 1. Slit dan film 2. Monokromator



2.2 Difraksi Pada tahap ini, radiasi sinar-X yang gtelah dihasilkan oleh tabung sinar-X akan berinteraksi dengan struktur kristal material yang diuji. Material yang akan dianalisis struktur kristalnya harus berada dalam fasa padat karena dalam kondisi tersebut kedudukan atom-atomnya berada dalam susunan yang sangat teratur sehingga membentuk bidang-bidang kristal. Ketika suatu berkas sinar-X diarahkan pada bidang-bidang kristal tersebut, maka akan timbul polapola difraksi ketika sinar-X melewati celah-celah kecil di antara bidangbidang kristal tersebut.



Gambar. Difraksi radiasi sinar-X dalam struktur kristal Gambar diatas menunjukkan difraksi yang terjadi. Pola-pola difraksi yang tersebut sebenarnya mempunyai pola gelap dan terang. Pola gelap tersebut ketika terjadi interferensi destruktif, sedangkan pola terang terbentuk ketika terjadi interferensi konstruktif dari pantulan gelombang-gelombang sinar-X yang saling bertemu. Interferensi konstruktif tersebut terjadi sesuai dengan Hukum Bragg berikut ini: nλ = 2d sin 𝜃 2.3 Deteksi Interferensi konstruktif radiasi sinar-X hasil difraksi struktur kristal material yang diuji selanjutnya akan dideteksi oleh detektor. Agar detektor dapat mendeteksi interferensi konstruktif radiasi sinar-X hasil difraksi struktur kristal material yang diuji dengan tepat, maka posisinya harus berada tepat pada arah sinar pantul radiasi sinar-X tersebut. Ilustrasi sebagai berikut:



Gambar. Deteksi dan interpretasi difraksi sinar-X 2.4 Interpretasi Interpretasi konstruktif radiasi sinar-X yang telah dideteksi oleh detektor selanjutnya akan diperkuat gelombangnya dengan menggunakan amplitifier. Lalu interpretasi kontruktif radiasi sinar-X tersebut akan terbaca secara spektroskopi sebagai puncak-puncak grafik yang ditimbulkan oleh kristal suatu material dapat diketahui.



Sinar X merupakan radiasi elektromagnetik yang memiliki energi tinggi sekitar 200 eV sampai 1 MeV. Sinar X dihasilkan oleh interaksi antara berkas elektron eksternal dengan elektron pada kulit atom. Spektrum Sinar X memilki panjang gelombang 10-5 – 10 nm, berfrekuensi 1017 -1020 Hz dan memiliki energi 103 -106 eV. Panjang gelombang sinar X memiliki orde yang sama dengan jarak antar atom sehingga dapat digunakan sebagai sumber difraksi kristal. Dari metode difraksi kita dapat mengetahui secara langsung mengenai jarak rata-rata antar bidang atom. Kemudian juga dapat menentukan orientasi dari kristal tunggal. Secara langsung mendeteksi struktur kristal dari suatu material yang belum diketahui komposisinya. Kemudian secara tidak langsung mengukur ukuran, bentuk dan internal stres dari suatu kristal. Prinsip dari difraksi terjadi sebagai akibat dari pantulan elastis yang menjadi ketika sinar sebuah sinar berinteraksi dengan sebuah target. Pantulan yang tidak terjadi kehilangan energi disebut pantulan elastis (elastic scatering). Sinar-X dihasilkan di suatu tabung sinar katode dengan pemanasan kawat pijar untuk menghasilkan elektron-elektron, kemudian electronelektron tersebut dipercepat terhadap suatu target dengan memberikan suatu voltase, dan menembak target dengan elektron. Ketika elektron-elektron



mempunyai energi yang cukup untuk mengeluarkan elektron-elektron dalam target, karakteristik spektrum sinar-X dihasilkan. Spektrum ini terdiri atas beberapa komponen-komponen, yang paling umum adalah Kα dan Kβ. Ka berisi, pada sebagian, dari Kα1 dan Kα2. Kα1 mempunyai panjang gelombang sedikit lebih pendek dan dua kali lebih intensitas dari Kα2. Panjang gelombang yang spesifik merupakan karakteristik dari bahan target (Cu, Fe, Mo, Cr). Disaring, oleh kertas perak atau kristal monochrometers, yang akan menghasilkan sinar-X monokromatik yang diperlukan untuk difraksi. Tembaga adalah bahan sasaran yang paling umum untuk diffraction kristal tunggal, dengan radiasi Cu Kα =05418Å. Sinar-X ini bersifat collimated dan mengarahkan ke sampel. Saat sampel dan detektor diputar, intensitas Sinar X pantul itu direkam. Ketika geometri dari peristiwa sinar-X tersebut memenuhi persamaan Bragg, interferens konstruktif terjadi dan suatu puncak di dalam intensitas terjadi. Detektor akan merekam dan memproses isyarat penyinaran ini dan mengkonversi isyarat itu menjadi suatu arus yang akan dikeluarkan pada printer atau layar komputer. 3. Instrumentasi Alat



Petunjuk Penggunaan, Penyiapan Sample a)



Ambil sepersepuluh berat sample (murni lebih baik)



b)



Gerus sample dalam bentuk bubuk. Ukuran kurang dari ~10 μm atau 200mesh 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



4. Hasil Analisis Menggunakan XRD Hasil yang diperoleh dari pengukuran dengan menggunakan instrument X-Ray Diffraction (XRD) adalah grafik dikfraktogram. Difraktogram adalah output yang merupakan grafik antara 2θ (diffraction angle) pada sumbu X versus intensitas pada sumbu Y. 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 .



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.



Berdasarkan gambar bagan tersebut dapat dijelaskan bahwa pembangkit sinar-x menghasilkan radiasi ektromagnetik setelah dikendalikan oleh celah penyimpang (S1) selanjutnya jatuh pada cuplikan/sampel. Sinar yang dihamburkan oleh cuplikan dipusatkan pada celah penerima (S2) dan jatuh pada detektor yang sekaligus mengubahnya menjadi bentuk cahaya tampak (foton).



Informasi yang dapat diperoleh dari analisa dengan menggunakan XRD tersebut yaitu sebagai berikut: 1) Pembangkit sinar-x menghasilkan radiasi elektromagnetik setelah dikendalikan oleh celah penyimpang (S) 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) 5. Hubungan XRD dengan KIMIA Analisis mineralogi dan kristalografi dengan X-Ray Diffraction merupakan salah satu metode analisis yang efektif dalam mendeskripsikan batuan dan suatu senyawa kimia tertentu dalam wujud padat karena proses preparasinya mudah, murah dan cepat. Analisis dengan XRD dalam perkembangannya juga digunakan dalam ilmu-ilmu selain geologi di antaranya adalah arkeologi, teknik sipil, teknik kimia, dan kedokteran. Analisis mineralogi dengan XRD mempunyai keunggulan dibandingkan analisis petrografi karena dapat mengidentifikasi dengan jelas jenis mineral lempung (clay). Preparasi sampel XRD juga dapat diaplikasikan dalam analisis detail kimia mineral yang melibatkan SEM-EDS, EPMA, Raman, XRF, dan ICP-MS. XRD (X-Ray Diffraction) merupakan salah satu metode analisis yang efektif dalam mendeskripsikan batuan dan suatu senyawa kimia tertentu dalam wujud padat dengan menggunakan difraksi/pantulan sinar X. Dengan teknik-teknik yang khusus, XRD dapat digunakan untuk: 1. Menentukan struktur kristal dengan menggunakan Rietveld refinement 2. Analisis kuantitatif dari mineral 3. Karakteristik sampel film



XRD (X-Ray Diffraction) alat ini digunakan untuk mendeteksi senyawa kristal didalam bahan. Peralatan ini dilengkapi dengan Sofware High Score Plus dan PDF2 dengan versi terbaru. Kemampuan software ini dapat menguji secara cepat dan akurat komposisi senyawa di dalam bahan yang duiji.



Contoh Hasil



X-Ray Diffraction (XRD) Merk PanAnalytical, Type: E’xpert Pro. (Kondisi Alat : BAIK)



D. XPS (X-Ray Photoelectric Spectrometry) 1. Analisis Menggunakan XPS X-ray photoelectron spectroscopy ( XPS ) adalah teknik spektroskopi kuantitatif permukaan-sensitif yang mengukur komposisi unsur pada rentang per seribu rentang,rumus empiris , keadaan kimia dan keadaan elektronik dari unsurunsur yang ada dalam suatu bahan. Sederhananya, XPS adalah teknik pengukuran yang berguna karena tidak hanya menunjukkan elemen apa yang ada di dalam film tetapi juga elemen lain yang terikat dengannya. Ini berarti jika Anda memiliki oksida logam dan Anda ingin tahu apakah logam itu dalam keadaan +1 atau +2, menggunakan XPS akan memungkinkan Anda menemukan rasio itu. Namun paling banyak instrumen hanya akan menyelidiki 20nm ke dalam sampel. Spektrum XPS diperoleh dengan menyinari bahan dengan sinar -X sambil secara bersamaan mengukur energi kinetik dan jumlah elektron yang lolos dari 0 hingga 10 nm dari bahan yang dianalisis. XPS membutuhkan kondisi vakum tinggi ( P ~10 −8 milli bar ) atau vakum sangat tinggi (UHV; P 2000 dalton. Fase diam yang digunakan dapat berupa silika atau polimer yang bersifat porus sehingga solut dapat melewati porus (lewat diantara partikel), atau berdifusi lewat fase diam. Molekul solut yang mempunyai BM yang jauh lebih besar, akan terelusi terlebih dahulu, kemudian molekul-molekul yang ukuran medium, dan terakhir adalah molekul yang jauh lebih kecil. Hal ini disebabkan solut dengan BM yang besar tidak melewati porus, akan tetapi lewat diantara partikel fase diam. Dengan demikian, dalam pemisahan dengan eksklusi ukuran ini tidak terjadi interaksi kimia antara solut dan fase diam seperti tipe kromatografi yang lain.



6) Kromatografi Afinitas Dalam kasus ini, pemisahan terjadi karena interaksi-interaksi biokimiawi yang sangat spesifik. Fase diam mengandung gugus-gugus molekul yang hanya dapat menyerap sampel jika ada kondisi-kondisi yang terkait dengan muatan dan sterik tertentu pada sampel yang sesuai (sebagaimana



dalam



interaksi



antara



antigen



dan



antibodi).



Kromatografi jenis ini dapat digunakan untuk mengisolasi protein (enzim) dari campuran yang sangat kompleks. 3.



Komponen dasar dan Bagian HPLC Instrumentasi HPLC pada dasarnya terdiri atas: wadah fase gerak, pompa, alat untuk memasukkan sampel (tempat injeksi), kolom, detektor, wadah penampung buangan fase gerak, dan suatu komputer atau integrator atau perekam. Diagram skematik sistem kromatografi cair seperti ini :



1. Wadah Fase gerak dan Fase gerak Wadah fase gerak harus bersih dan lembam (inert). Wadah pelarut kosong ataupun labu laboratorium dapat digunakan sebagai wadah fase gerak. Wadah ini biasanya dapat menampung fase gerak antara 1 sampai 2 liter pelarut. Fase gerak atau eluen biasanya terdiri atas campuran pelarut yang dapat bercampur yang secara keseluruhan berperan dalam daya elusi dan resolusi. Daya elusi dan resolusi ini ditentukan oleh polaritas keseluruhan pelarut, polaritas fase diam, dan sifat komponen-komponen sampel. Untuk fase normal (fase diam lebih polar daripada fase gerak), kemampuan elusi



meningkat dengan meningkatnya polaritas pelarut. Sementara untuk fase terbalik (fase diam kurang polar daripada fase gerak), kemampuan elusi menurun dengan meningkatnya polaritas pelarut. Fase gerak sebelum digunakan harus disaring terlebih dahulu untuk menghindari partikel-partikel kecil ini. Selain itu, adanya gas dalam fase gerak juga harus dihilangkan, sebab adanya gas akan berkumpul dengan komponen lain terutama di pompa dan detektor sehingga akan mengacaukan analisis. Elusi dapat dilakukan dengan cara isokratik (komposisi fase gerak tetap selama elusi) atau dengan cara bergradien (komposisi fase gerak berubah-ubah selama elusi) yang analog dengan pemrograman suhu pada kromatografi gas. Elusi bergradien digunakan untuk meningkatkan resolusi campuran yang kompleks terutama jika sampel mempunyai kisaran polaritas yang luas. Fase gerak yang paling sering digunakan untuk pemisahan dengan fase terbalik adalah campuran larutan bufer dengan metanol atau campuran air dengan asetonitril. Untuk pemisahan dengan fase normal, fase gerak yang paling sering digunakan adalah campuran pelarut-pelarut hidrokarbon dengan pelarut yang terklorisasi atau menggunakan pelarut-pelarut jenis alkohol. Pemisahan dengan fase normal ini kurang umum dibanding dengan fase terbalik. 2. Pompa Pompa yang cocok digunakan untuk HPLC adalah pompa yang mempunyai syarat sebagaimana syarat wadah pelarut yakni: pompa harus inert terhadap fase gerak. Bahan yang umum dipakai untuk pompa adalah gelas, baja tahan karat, Teflon, dan batu nilam. Pompa yang digunakan sebaiknya mampu memberikan tekanan sampai 5000 psi dan mampu mengalirkan fase gerak dengan kecepatan alir 3 mL/menit. Untuk tujuan preparatif, pompa yang digunakan harus mampu mengalirkan fase gerak dengan kecepatan 20 mL/menit. Tujuan penggunaan pompa atau sistem penghantaran fase gerak adalah untuk menjamin proses penghantaran fase gerak berlangsung secara tepat, reprodusibel, konstan, dan bebas dari gangguan. Ada 2 jenis pompa dalam HPLC yaitu: pompa dengan tekanan konstan, dan pompa dengan aliran fase gerak yang konstan. Tipe pompa dengan aliran fase gerak yang konstan



sejauh ini lebih umum dibandingkan dengan tipe pompa dengan tekanan konstan. 3. Tempat penyuntikan sampel Sampel-sampel cair dan larutan disuntikkan secara langsung ke dalam fase gerak yang mengalir di bawah tekanan menuju kolom menggunakan alat penyuntik yang terbuat dari tembaga tahan karat dan katup teflon yang dilengkapi dengan keluk sampel (sample loop) internal atau eksternal.



Posisi pada saat memuat sampel



Posisi pada saat menyuntik sampel



4. Kolom dan Fase diam Ada 2 jenis kolom pada HPLC yaitu kolom konvensional dan kolom mikrobor. Kolom merupakan bagian HPLC yang mana terdapat fase diam untuk berlangsungnya proses pemisahan solut/analit. Kolom mikrobor mempunyai 3 keuntungan yang utama dibanding dengan kolom konvensional, yakni: 



Konsumsi fase gerak kolom mikrobor hanya 80% atau lebih kecil dibanding dengan kolom konvensional karena pada kolom mikrobor kecepatan alir fase gerak lebih lambat (10 -100 μl/menit).







Adanya aliran fase gerak yang lebih lambat membuat kolom mikrobor lebih ideal jika digabung dengan spektrometer massa.







Sensitivitas kolom mikrobor ditingkatkan karena solut lebih pekat, karenanya jenis kolom ini sangat bermanfaat jika jumlah sampel terbatas misal sampel klinis. Meskipun demikian, dalam prakteknya, kolom mikrobor ini tidak setahan



kolom konvensional dan kurang bermanfaat untuk analisis rutin.3] Kebanyakan fase diam pada HPLC berupa silika yang dimodifikasi secara kimiawi, silika yang tidak dimodifikasi, atau polimer-polimer stiren dan



divinil benzen. Permukaan silika adalah polar dan sedikit asam karena adanya residu gugus silanol (Si-OH). Silika dapat dimodifikasi secara kimiawi dengan menggunakan reagen-reagen seperti klorosilan. Reagen-reagen ini akan bereaksi dengan gugus silanol dan menggantinya dengan gugus-gugus fungsional yang lain. Oktadesil silika (ODS atau C18) merupakan fase diam yang paling banyak digunakan karena mampu memisahkan senyawa-senyawa dengan kepolaran yang rendah, sedang, maupun tinggi. Oktil atau rantai alkil yang lebih pendek lagi lebih sesuai untuk solut yang polar. Silika-silika aminopropil dan sianopropil (nitril) lebih cocok sebagai pengganti silika yang tidak dimodifikasi. Silika yang tidak dimodifikasi akan memberikan waktu retensi yang bervariasi disebabkan karena adanya kandungan air yang digunakan. 5. Detektor HPLC Detektor pada HPLC dikelompokkan menjadi 2 golongan yaitu: detektor universal (yang mampu mendeteksi zat secara umum, tidak bersifat spesifik, dan tidak bersifat selektif) seperti detektor indeks bias dan detektor spektrometri massa; dan golongan detektor yang spesifik yang hanya akan mendeteksi analit secara spesifik dan selektif, seperti detektor UV-Vis, detektor fluoresensi, dan elektrokimia. Idealnya, suatu detektor harus mempunyai karakteristik sebagai berikut: 1. Mempunyai respon terhadap solut yang cepat dan reprodusibel. 2. Mempunyai sensitifitas yang tinggi, yakni mampu mendeteksi solut pada kadar yang sangat kecil. 3. Stabil dalam pengopersiannya. 4. Mempunyai sel volume yang kecil sehingga mampu meminimalkan 5. pelebaran pita. 6. Signal yang dihasilkan berbanding lurus dengan konsentrasi solut pada kisaran yang luas (kisaran dinamis linier). 7. Tidak peka terhadap perubahan suhu dan kecepatan alir fase gerak.



Beberapa detektor yang paling sering digunakan pada HPLC dengan karakteristik detektor seperti berikut : Detektor



Sensitifitas Kisaran



Karakteristik



(g/ml)



linier



Fotometer filter



5 x 10-10



104



Sensitivitas



Spektrofotometer



5 x 10-10



105



sering



105



terhadap gugus-gugus dan



Absorbansi Uv-vis



spektrometer photo- > 2 x 10-10 diode array



bagus,



digunakan,



paling selektif



struktur-struktur yang tidak jenuh.



Fluoresensi



10-12



104



Sensitifitas



sangat



bagus,



selektif, Tidak peka terhadap perubahan



suhu



dan



kecepatan alir fase gerak. Indeks bias



5 x 10-7



104



Hampir



bersifat



universal



akan tetapi sensitivitasnya sedang.



Sangat



sensitif



terhadap suhu, dan tidak dapat digunakan pada elusi bergradien Elektrokimia Konduktimetri



10-8



104



Peka



Amperometri



10-12



105



suhu dan kecepatan alir fase



terhadap



perubahan



gerak, tidak dapat digunakan pada elusi bergradien. Hanya mendeteksi solut-solut ionik. Sensitifitas



sangat



bagus,



selektif tetapi timbul masalah dengan adanya kontaminasi elektroda.



4. Prinsip Kerja Pada prinsip kerja HPLC adalah sama yaitu pemisahan analit-analit berdasarkan kepolarannya, alatnya terdiri dari kolom (sebagai fasa diam) dan larutan tertentu sebagai fasa geraknya. Yang paling membedakan HPLC dengan kromatografi lainnya adalah pada HPLC digunakan tekanan tinggi untuk mendorong fasa gerak. Campuran analit akan terpisah berdasarkan kepolarannya dan kecepatannya untuk sampai kedetektor (waktu retensinya) akan berbeda, hal ini akan teramati pada spectrum yang puncak-puncaknya terpisah. Ukuran skala polaritas : golongan fluorocarbon < golongan hidrokarbon < senyawa terhalogenesi < golongan eter < golongan ester < golongan keton < golongan alkohol < golongan asam. a. Injeksi sampel Injeksi sampel seluruhnya dilakukan secara otomatis sehingga tidak bisa mengetahui yang terjadi pada keadaan tingkat dasar. Karena proses ini meliputi tekanan, tidak sama halnya dengan kromatografi gas. b. waktu retensi Waktu yang dibutuhkan oleh senyawa untuk bergerak melalui kolom menuju detektor disebut sebagai waktu retensi. Waktu retensi diukur berdasarkan waktu dimana sampel menunjukkan ketinggian puncak yang maksimum dari senyawa itu. Senyawa-senyawa yang berbeda memiliki waktu retensi yang berbeda pula. Untuk beberapa senyawa, waktu retensi akan sangat bervariasi dan bergantung pada:  Tekanan yang digunakan (karena itu akan berpengaruh pada laju alir dari pelarut).  Kondisi dari fase diam (tidak hanya terbuat dari material apa, tetapi juga juga pada ukuran partikel).  Komposisi yang tepat dari pelarut.  Temperatur pada kolom c. Detector Ada beberapa cara untuk mendeteksi substansi yang telah melewati kolom. Metode umum yang mudah dipakai untuk menjelaskan yaitu penggunaan serapan ultra-violet. Banyak senyawa-senyawa organik menyerap sinar UV dari beberapa panjang gelombang. Jumlah cahaya yang diserap akan bergantung pada jumlah senyawa tertentu yang melewati melalui berkas pada waktu itu.



d. Interpretasi output detector Output akan direkam sebagai rangkai puncak-puncak, dimana masingmasing puncak mewakili suatu senyawa dalam campuran yang melalui detektor dan menyerap sinar UV. Sepanjang anda mengontrol kondisi kolom, dapat menggunakan waktu retensi untuk membantu mengidentifikasi senyawa yang diperoleh area yang berada dibawah puncak sebanding dengan jumlah X yang melalui detektor dan area ini dapat dihitung secara otomatis melalui layar komputer. Area dihitung sebagai bagian yang berwarna hujau dalam gambar (sangat sederhana). 5. Analisis Cek Sampel dengan HPLC Sebagai salah satu metode kromatografi cair (liquid chromatography), HPLC menggunakan zat cair sebagai fase geraknya. Sampel yang telah dilarutkan dapat dipisahkan dan dihitung konsentrasi zat spesifik yang terkandung di dalamnya. Sebagai contoh, kandungan kafein dalam sampel minuman dapat diukur dengan HPLC berdasarkan afinitas kafein terhadap fase diam pada kolom yang digunakan. 6. Kegunaan HPLC a. HPLC dengan prinsip kromatografi banyak digunakan pada industri farmasi dan pestidida b. Zat-zat dengan kepolaran berbeda yaitu antara sedikit polar sampai polar dapat dipisahkan dengan HPLC berdasarkan partisi cair-cair. c. Asam-asam nukleat dapat dipisahkan dengan kolom penukar ion yang dikombinasikan dengan kolom butiran berlapis zat berpori. d. Morfin, heroin dan semacamnya telah dapat dipisahkan dengan rezin ZipaxSAX. e. Dapat memisahkan vitamin-vitamin yang larut dalam air.



f. Digunakan untuk menentukan berat molekul polimer dan masalah-masalah biokimia. g. Dapat digunakan untuk memurnikan dan mengidentifikasi suatu senyawa.



G. GCMS (Gas Cromatografy Mass Spectrometry) 1. Pengertian GCMS GCMS merupakan metode pemisahan senyawa organik yang menggunakan dua metose analisis senyawa yaitu kromatografi gas (GC) untuk menganalisis jumlah senyawa secara kuantitatif dan spektrometri masssa (MS) untuk menganalisis struktur molekul senyawa analit. Gas



kromatografi



merupakan



salah



satu



teknik



spektroskopi



yang



menggunakan prinsip pemisahan campuran berdasarkan perbedaaan kecepatan mingrasi komponen-komponen penyusunnya. Gas kromatografi biasa digunakan untuk mengidentifikasi suatu senyawa yang terdapat pada campuran gas dan juga menentukan konsentrasi suatu senyawa dalam fase gas. Spektroskopi massa adalah suatu metode untuk mendapatkan berat molekul dengan cara mencari perbandingan massa terhadap muatan dari ion yang muatannya diketahui dengan mengukur jari-jari orbit melingkarnya dalam medan magnetik seragam. Penggunaan kromatografi gas dapat dipadukan dengan spektrokopi massa. Paduan keduannya dapat menghasilkan data yang lebih akurat dalam pengidentifikasian senyawa yang dilengkapi dengan struktur molekulnya. Kromatografi gas ini juga mirip dengan distilasi fraksional, karena kedua proses memisahkan komponen dari campuran terutama berdasarkan pada titik didih (atau tekanan uap). Namun, distilasi fraksional biasanya digunakan untuk memisahkan komponen-komponen dari campuran pada skala besar, sedangkan GC dapat digunakan pada skala yang lebih kecil (yaitu mikro). 2. Prinsip Kerja GCMS GC-MS adalah terdiri dari dua blok bangunan utama: kromatografi gas dan spektrometer massa . Kromatografi gas menggunakan kolom kapiler yang tergantung pada dimensi kolom itu (panjang, diameter, ketebalan film) serta sifat fase (misalnya 5% fenil polisiloksan). Perbedaan sifat kimia antara molekulmolekul yang berbeda dalam suatu campuran dipisahkan dari molekul dengan melewatkan sampel sepanjang kolom. Molekul-molekul memerlukan jumlah



waktu yang berbeda (disebut waktu retensi) untuk keluar dari kromatografi gas, dan ini memungkinkan spektrometer massa untuk menangkap, ionisasi, mempercepat, membelokkan, dan mendeteksi molekul terionisasi secara terpisah. Spektrometer massa melakukan hal ini dengan memecah masing-masing molekul menjadi terionisasi mendeteksi fragmen menggunakan massa untuk mengisi rasio. Rangkaian instrumentasi untuk gas kromatografi dan spekstroskopi massa bergabung menjadi satu kesatuan rangkaian yang sering disebut dengan GCMS. Sacara umum yaitu :



1) Gas Chromatography (GC) a. Injection port Dalam pemisahan dengan GLC cuplikan harus dalam bentuk fase uap. Tetapi kebanyakan senyawa organik berbentuk cairan dan padatan. Oleh karena itu, senyawa yang berbentuk cairan dan padatan pertamatama harus diuapkan. Ini membutuhkan pemanasan sebelum masuk dalam kolom. Panas itu terdapat pada tempat injeksi. Namun demikian suhu tempat injeksi tidak boleh terlalu tinggi, sebab kemungkinan akan terjadi perubahan karena panas atau penguraian dari senyawa yang akan dianalisa. Kita juga tidak boleh menginjeksikan cuplikan terlalu banyak, karena GC sangat sensitif. Biasanya jumlah cuplikan yang diinjeksikan pada waktu kita mengadakan analisa 0,5 -50 ml gas dan 0,2 - 20 ml untuk cairan seperti pada gambar di bawah. b. Oven Oven digunakan untuk memanaskan column pada temperature tertentu sehingga mempermudah proses pemisahan komponen sample. Biasanya oven memiliki jangkauan suhu 30oC – 320oC.



c. Column Kolom merupakan jantung dari kromatografi gas. Ada beberapa bentuk kolom, diantaranya lurus, bengkok, misal berbentuk V atau W, dan kumparan/spiral. Kolom selalu merupakan bentuk tabung. Berisi fasa diam, sedangkan fasa bergerak akan lewat didalamnya sambil membawa sample. Secara umum terdapat 2 jenis kolom, yaitu: Packed column, umumnya terbuat dari glass atau stainless steel coil dengan panjang 1 – 5 m dan diameter kira-kira 5 mm. Capillary column, umumnya terbuat dari purified silicate glass dengan panjang 10-100 m dan diameter kira-kira 250 mm. Beberapa jenis stationary phase yang sering digunakan: − Polysiloxanes untuk nonpolar analytes/sample. − Polyethylene glycol untuk polar analytes/sample. − Inorganic atau polymer packing untuk sample bersifat small gaseous species. 2.



Mass Spectrometer (MS) sebagai detektor a) Sumber ion Setelah analit melalui kolom kapiler, ia akan diionisasi. Ionisasi pada spektroskopi massa yang terintegrasi dengan GC ada dua, yakni Electron Impact ionization (EI) atau Chemical Ionization (CI), yang lebih jauh lagi terbagi menjadi negatif (NCI) dan positif (PCI). Berikutnya akan dijelaskan ionisasi EI. Ketika analit keluar dari kolom kapiler, ia akan diionisasi oleh elektron dari filamen tungsten yang diberi tegangan listrik. Ionisasi terjadi bukan karena tumbukan elektron dan molekul, tapi karena interaksi medan elektron dan molekul, ketika berdekatan. Hal tersebut menyebabkan satu elektron lepas, sehingga terbetuk ion molekular M+, yang memiliki massa sama dengan molekul netral, tetapi bermuatan lebih positif. Adapun perbandingan massa fragmen tersebut dengan muatannya disebut mass to charge ratio yang disimbolkan



M/Z.



Ion



ke quadrupoles atau mass elektromagnet.



yang



terbentuk



akan



didorong



filter. Quadrupoles berupa



empat



b) Filter Pada quadrupoles, ion-ion dikelompokkan menurut M/Z dengan kombinasi frekuensi radio yang bergantian dan tegangan DC. Hanya ion dengan M/Z tertentu yang dilewatkan oleh quadrupoles menuju ke detektor. c) Detector Detektor terdiri atas High Energy Dynodes (HED) dan Electron Multiplier (EM) detector. Ion positif menuju HED, menyebabkan elektron terlepas. Elektron kemudian menuju kutub yang lebih positif, yakni ujung tanduk EM. Ketika elektron menyinggung sisi EM, maka akan lebih banyak lagi elektron yang terlepas, menyebabkan sebuah arus/aliran. Kemudian sinyal arus dibuat oleh detektor proporsional terhadap jumlah ion yang menuju detektor. Komputer Data dari spekrometri masa dikirim ke computer dan diplot dalam sebuah grafik yang disebut spectrum masa Limitasi/Batasan Secara umum, penggunaan metode GC-MS hanya terbatas untuk senyawa dengan tekanan uap berkisar10-10 torr. Kebanyakan senyawa dengan tekanan lebih rendah hanya dapat dianalisis jika senyawa tersebut merupakan senyawa turunan (contoh , trimetilsili eter). Penentuan penentuan gugus fungsional pada cincin aromatic masih sulit. Untuk senyawa isomer tidak dapat dibedakan oleh spketometer (sebagai contoh : naftalena vs azulena), tapi dapat dipisahkan dengan kromatograpi. Sensivitas dan Batas Deteksi Bergantung pada faktor pelarutan dan metode ionisasi, sebuah ekstrak dengan 0,1 – 100 ng dari setiap komponen mungkin dibutuhkan agar sesuai jumlah yang diinjeksikan. Perbandingan dengan Teknik lainnya -



IR spketometer dapat menyediakan informasi posisi aromatic isomer dimana GC-MS tidak bisa; namun IR biasanya lebih rendah sensitivitasnya sebesar 2 – 4.



-



NMR (nuclear magnetic resonance) spektrometri dapat memberikan informasi rinci pada konformasi molekuler ekstrak; namun biasanya NMR lebih rendah sensivitasnya sebesar 2-4.



3. Sampel Keadaan sampel harus dalam keadaan larutan untuk diijeksikan ke dalam kromatografi. Pelarut harus bersifat volatile dan organic (sebagai contoh heksana atau dikllorometana). Jumlah sampel bergantung pada metode ionisasi yang dilakukan, biasanya yang sering digunakan untuk analisis sensivitas adalah sebesar 1 – 100 pg per komponen. 4. Kegunaan GC-MS digunakan untuk identifikasi kualitatif dan pengukuran kuantitatif dari komponen individual dalam senyawa campuran kompleks. Terdapat perbedaan strategi analisis data untuk aplikasi keduanya. H. FTIR (Fourier Transform Infra Merah) 1. Pengerian FTIR Fourier Transformed Infrared (FTIR) merupakan salah satu alat atau instrument



yang



dapat



digunakan



untuk



mendeteksi



gugus



fungsi,



mengidentifikasi senyawa dan menganalisis campuran dari sampel yang dianalisis tanpa



merusak



sampel.



Daerah



inframerah



pada



spektrum



gelombang



elektromagnetik dimulai dari panjang gelombang 14000 cm-1 hingga 101.Berdasarkan panjang gelombang tersebut daerah inframerah dibagi menjadi tiga daerah, yaitu IR dekat (14000-4000 cm-1) yang peka terhadap vibrasi overtone, IR sedang (4000-400 cm-1) berkaitan dengan transisi energi vibrasi dari molekul yang memberikan informasi mengenai gugus-gugus fungsi dalam molekul tersebut, dan IR jauh (400-10 cm-1) untuk menganalisis molekul yang mengandung atom-atom berat seperti senyawa anorganik tapi butuh teknik khusus (Schechter, 1997; Griffiths dan Chalmers, 1999). Biasanya analisis senyawa dilakukan pada daerah IR sedang (Tanaka dkk, 2008). 2. Prinsip Kerja FTIR Prinsip kerja spektroskopi FTIR adalah adanya interaksi energi dengan materi. Misalkan dalam suatu percobaan berupa molekul senyawa kompleks yang ditembak dengan energi dari sumber sinar yang akan menyebabkan molekul tersebut mengalami vibrasi. Sumber sinar yang digunakan adalah keramik, yang



apabila dialiri arus listrik maka keramik ini dapat memancarkan infrared. Vibrasi dapat terjadi karena energi yang berasal dari sinar infrared tidak cukup kuat untuk menyebabkan terjadinya atomisasi ataupun eksitasi elektron pada molekul senyawa yang ditembak dimana besarnya energi vibrasi tiap atom atau molekul berbeda



tergantung



pada



atom-atom



dan



kekuatan



ikatan



yang



menghubungkannya sehingga dihasilkan frekuaensi yang berbeda pula. FTIR interferogramnya menggunakan mecrosem dan letak cerminnya (fixed mirror dan moving mirror) paralel. Spektroskopi inframerah berfokus pada radiasi elektromagnetik pada rentang frekuensi 400 – 4000 cm-1 di mana cm-1 disebut sebagai wavenumber (1/wavelength) yakni suatu ukuran unit untuk frekuensi. Daerah panjang gelombang yang digunakan pada percobaan ini adalah daerah inframerah pertengahan (4.000 – 200 cm-1 ). Interaksi antara materi berupa molekul senyawa kompleks dengan energi berupa sinar infrared mengakibatkan molekul-molekul bervibrasi dimana besarnya energi vibrasi tiap komponen molekul berbeda-beda tergantung pada atom-atom dan kekuatan ikatan yang menghubungkannya sehingga akan dihasilkan frekuensi yang berbeda. Analisis menggunakan FTIR dapat digunakan untuk mengetahui sifat termal bahan dari suatu lapisan tipis misalnya. Dari hasil analisis spektrum FTIR didapatkan analisa tentang disosiasi ligan suatu bahan penumbuhan lapisan tipis secara sempurna. Misalkan disosiasi ligan berawal pada temperatur 300o C sampai 400o C. Hasil ini menyarankan nilai besaran temperatur substrat saat penumbuhan dimana lapisan akan tumbuh diawali pada temperatur 300o C sampai temperatur 400o C. FTIR digunakan untuk melakukan analisa kualitatif yaitu untuk mengetahui ikatan kimia yang dapat ditentukan dari spektra vibrasi yang dihasilkan oleh suatu senyawa pada panjang gelombang tertentu. Selain itu digunakan juga untuk analisa kuantitatif yaitu melakukan perhitungan tertentu dengan menggunakan intensitas. Karakterisasi menggunakan FTIR dapat dilakukan dengan menganalisis spektra yang dihasilkan sesuai dengan puncak-puncak yang dibentuk oleh suatu gugus fungsi, karena senyawa tersebut dapat menyerap radiasi elektromagnetik pada daerah inframerah dengan panjang gelombang antara 0.78 – 1000 μm. Sebagai contoh jika akan mengetahui gugus fungsional kristal kalsium silikat yang disintering pada suhu 1000oC dengan bahan dasar oksida (CaO) dan silika (SiO2)



dengan reaksi teknik padatan. Hasil karakterisasi gugus fungsional sampel keramik kalsium silikat menggunakan FTIR tipe Varian/Scimitar 2000 pada rentang bilangan gelombang 1800-400 cm-1. Hasil FTIR ditunjukkan pada gambar berikut:



Spektrum FTIR Keramik Kalsium Keramik kalsium silikat yang disintering pada suhu 1000o C terlihat adanya ikatan O-Si-O pada rentang bilangan gelombang 800-600 cm-1, serta terdapat ikatan Ca-O lemah pada bilangan gelombang 563,43 cm-1 dan 432,24 cm-1. Tidak terdapatnya ikatan lain selain ikatan antara atom Ca, Si, dan O menunjukkan bahwa bahan dasar yang digunakan tidak mengandung kontaminan. Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa hasil FTIR pada suhu sintering 1000o C terdapat gugus fungsi Ca-O dan Si-O-Si sebagai pembentuk keramik. Sehingga kegunaan dari penggunaan metode FTIR ini antara lain adalah sebagai mendeteksi ada atau tidaknya bahan campuran lain pada suatu bahan melalui analisa pada gugus fungsi dari bahan tersebut.



Skema alat spektroskopi inframerah menurut Anam dkk (2007) yaitu sebagai berikut:



FTIR terdiri dari 5 bagian utama, yaitu (Griffiths, 1975): 1. Sumber sinar, terbuat dari filament nernst atau globar yang dipanaskan menggunakan listrik hingga temperatur 1000-1800°C. Pemijar globar merupakan batangan silikon karbida yang dipanasi hingga 1200oC dan merupakan sumber radiasi yang sangat stabil . Pijar Nernst merupakan bidang cekung dari sirkonium dan yutrium oksida yang dipanasi hingga sekitar 1500oC dengan arus listrik serta kurang stabil dibandingkan dengan pemijar globar dan memerlukan pendingin air. 2. Pencerminan, sistem utama FTIR adalah interferometer yang berfungsi sebagai kombinasi peralatan atau pengatur seluruh frekuensi inframerah yang dihasilkan oleh sumber cahaya. Interferometer terdiri dari 3 komponen yaitu lensa statik, lensa dinamis, dan beamsplitter. 3. Daerah cuplikan, dimana berkas acuan dan cuplikan masuk ke dalam daerah cuplikan dan masing-masing menembus sel acuan dan cuplikan secara bersesuaian.Detektor, berfungsi untuk mendeteksi sinar infra merah atau energi pancaran yang lewat akibat panas yang dihasilkan. 4. Detektor yang sering digunakan adalah termokopel, sel golay dan balometer. Ketiga detektor bekerja berdasarkan efek pemanasan yang ditimbulkan oleh sinar IR (Sudjadi, 1985). 5. Elektronik, detektor inframerah menghasilkan tegangan yang merespon interferogram yang masuk melalui sampel, tegangan ini akan membentuk analog sebelum spektrofotometer dapat mengirim interferogram ke sistem data, maka sinyal harus dikonversikan dari bentuk analog ke bentuk digital 3. Kegunaan FTIR  Dapat digunakan pada semua frekwensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada menggunakan cara sekuensial atau pemindaian.  Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri Fourier Transform Infra Red lebih besar daripada cara dispersi,sebab radiasi yang masuk ke sistim detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah. 4. Data Yang dapat Dicek dengan Analisis FTIR Menentukan interaksi ligan dan atom pusat molekul senyawa kompleks dengan FTIR. Hasil analisa FTIR hanya dapat digunakan untuk mengetahui ikatan



yang terdapat dalam suatu senyawa sampel. Hasil ini tidak dapat digunakan untuk menentukan bentuk struktur dari sampel tersebut. Jadi untuk analisa suatu senyawa perlu didukung dengan analisa lain seperti H-NMR, C-NMR, dan MS. Spektrofotometri inframerah lebih banyak digunakan untuk identifikasi suatu senyawa melalui gugus fungsinya. Untuk keperluan elusidasi struktur, daerah dengan bilangan gelombang 1400 – 4000 cm-1 yang berada dibagian kiri spektrum IR, merupakan daerah yang khusus berguna untuk identifikasi gugus-gugus fungsional, yang merupakan absorbsi dari vibrasi ulur. Selanjutnya daerah yang berada disebelah kanan bilangan gelombang 1400 cm-1 sering kali sangat rumit karena pada daerah ini terjadi absorbsi dari vibrasi ulur dan vibrasi tekuk, namun setiap senyawa organik memiliki absorbsi yang kharakteristik pada daerah ini. Oleh karena itu bagian spektrum ini disebut daerah sidikjari (fingerprint region). Saat ini ada dua macam instrumen yaitu spektroskopi IR dan FTIR (Furier Transformation Infra Red). FTIR lebih sensitif dan akurat misalkan dapat membedakan bentuk cis dan trans, ikatan rangkap terkonyugasi dan terisolasi dan lain-lain yang dalam spektrofotometer IR tidak dapat dibedakan.



Daerah Gugus Fungsi dan Sidik Jari Selanjutnya juga dapat diketahui daerah-daerah vibrasi dari masing-masing ikatan yang dimiliki oleh senyawa organik dapat dilihat pada Gambar. dibawah ini.



Dalam menginterpretasi suatu spektrum IR senyawa hasil isolasi/sintesis, fokus perhatian dipusatkan kepada gugus fungsional utama seperti karbonil (C=O), hidroksil (O-H), nitril (C-N) dan lain-lain. Serapan C-C tunggal dan C-H sp3 tidak perlu terlalu dipusingkan karena hampir semua senyawa organik mempunyai serapan pada daerah tersebut. Berikut panduan dalam menganalisis spektrum IR suatu senyawa organik: 1. Perhatikan, apakah ada gugus karbonil (C=O) pada daerah 1820-1600 cmyang puncaknya tajam dan sangat karakteristik. 2. Bila ada gugus karbonil, maka perhatikan kemungkinan gugus fungsional berikut, jika tidak ada maka dilanjutkan pada langkah 3. a. Asam karboksilat akan memunculkan serapan OH apda daerah 3500-3300 cm-1 b. Amida akan memberikan serapan N-H yang tajam pada daerah sekitar 3500 cm-1 c. Ester akan memunculkan serapan C-O tajam dan kuat pada 13001000 cm-1 d. Anhirida akan memunculkan serapan C=O kembar pada 1810 dan 1760 cm-1. e. Aldehida akan memunculkan C-H aldehida intensitas lemah tajam pada 2850-2750 cm-1 baik yang simetri maupun anti-simetri f. Keton, bila semua yang di atas tidak muncul. Bila serapan karbonil tidak ada maka: 1) Ujilah alkohol (-OH), dengan memperhatikan adanya serapan yang melebar (khas sekali) pada 3500-3300 cm-1 (dikonformasi dengan asam karboksilat) dan diperkuat dengan serapan C-O pada sekitar 1300-1000 cm-1 2)



Ujilah amina (N-H), dengan memperhatikan adanya serapan medium pada sekitar 3500 cm-1 (dikonformasi dengan amida)



3) Ujilah eter (C-O), dengan memperhatikan serapan pada 1300-1000 cm-1 (dikonformasi dengan alkohol dan ester) 4) Ikatan C=C alkena dan aromatis. Untuk alkena serapan akan muncul pada 1650 cm-1, sedangkan untuk aromatis sekitar 1650-1450 cm-1. Serapan C-H alifatik alkena akan muncul di bawah 3000 cm-1, sedangkan C-H vinilik benzena akan muncul di atas 3000 cm-1



5) Ikatan C≡C alkuna akan muncul lemah tajam pada 2150 cm-1, sedangkan C≡N nitril medium dan tajam akan muncul pada 2250 cm-1 6) Gugus nitro NO2, memberikan serapan kuat sekitar 1600-1500 cm-1 dari anti-simetris dan juga pada 1390-1300 cm-1 untuk simetris 7) Bila informasi 1 sampai 6 di atas tidak ada maka dugaan kuat spektrum IR adalah dari senyawa hidrokarbon I. UV – Vis Specktrofotometri 1. Pengertian Spektrofotometri UV-Vis merupakan gabungan antara spektrofotometri UV dan Visible. Alat ini menggunakan dua buah sumber cahaya yang berbeda, yaitu sumber cahaya UV dan sumber cahaya Visible. Larutan yang dianalisis diukur serapan sinar ultra violet atau sinar tampaknya. Konsentrasi larutan yang dianalisis akan sebanding dengan jumlah sinar yang diserap oleh zat yang terapat dalam larutan tersebut. Warna yang diserap oleh suatu senyawa merupakan warna komplementer dari warna yang teramati. Beberapa warna yang diamati dan warna komplementernya terdapat pada tabel berikut ini : Panjang gelombang Warna terlihat



Warna komplementer



700



Inframerah Tabel 1 Spektrum Warna



Sinar dari sumber cahaya akan dibagi menjadi dua berkas oleh cermin yang berputar pada bagian dalam spektrofotometer. Berkas pertama akan melewati kuvet berisi blanko, sementara berkas kedua akan melewati kuvet berisi sampel. Blanko



dan sampel akan diperiksa secara bersamaan. Adanya blanko, berguna untuk menstabilkan absorbsi akibat perubahan voltase dari sumber cahaya. Spektrofotometri UV-Vis adalah anggota teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber REM (radiasi elektromagnetik) ultraviolet dekat (190-380 nm) dan sinar tampak (380-780 nm) dengan memakai instrumen spektrofotometer. Spektrofotometri UV-Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektrofotometri UV-Vis lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif. Spektrofotometer UV-Vis adalah alat yang digunakan untuk mengukur transmitansi, reflektansi dan absorbsi dari cuplikan sebagai fungsi dari panjang gelombang. Spektrofotometer UV-Vis menggunakan cahaya sebagai tenaga yang mempengaruhi substansi senyawa kimia. Cahaya yang digunakan merupakan foton yang bergetar dan menjalar secara lurus dan merupakan tenaga listrik dan magnet yang keduanya saling tagak lurus. Tenaga foton bila mmepengaruhi senyawa kimia, maka akan menimbulkan tanggapan (respon), sedangkan respon yang timbul untuk senyawa organik ini hanya respon fisika atau Physical event. Tetapi bila sampai menguraikan senyawa kimia maka dapat terjadi peruraian senyawa tersebut menjadi molekul yang lebih kecil atau hanya menjadi radikal yang dinamakan peristiwa kimia atau Chemical event. 2. Prinsip Kerja Prinsip kerja spektrofotometer UV-Vis adalah interaksi yang terjadi antara energi yang berupa sinar monokromatis dari sumber sinar dengan materi yang berupa molekul. Besar energi yang diserap tertentu dan menyebabkan elektron tereksitasi dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi yang memiliki energi lebih tinggi. Serapan tidak terjadi seketika pada daerah ultraviolet-visible untuk semua struktur elektronik, tetapi hanya pada sistem-sistem terkonjugasi, struktur elektronik dengan adanya ikatan πdan non bonding elektron .Prinsip kerja spektrofotometer



berdasarkan



hukum



Lambert



Beer,



yaitu



bila



cahaya



monokromatik (Io) melalui suatu media (larutan), maka sebagian cahaya tersebut diserap (Ia), sebagian dipantulkan (Ir), dan sebagian lagi dipancarkan (It). Cara kerja alat spektrofotometer UV-Vis yaitu sinar dari sumber radiasi diteruskan menuju monokromator. Cahaya dari monokromator diarahkan terpisah melalui sampel dengan sebuah cermin berotasi. Detektor menerima cahaya dari sampel secara bergantian secara berulang-ulang, Sinyal listrik dari detektor



diproses, diubah ke digital dan dilihat hasilnya, selanjutnya perhitungan dilakukan dengan komputer yang sudah terprogram.



1) Sumber cahaya Sumber cahaya pada spektrofotometer harus memiliki panacaran radiasi yang stabil dan intensitasnya tinggi. Sumber



cahaya pada



spektrofotometer UV-Vis ada dua macam : a. Lampu Tungsten (Wolfram) Lampu ini digunakan untuk mengukur sampel pada daerah tampak. Bentuk lampu ini mirip dengna bola lampu pijar biasa. Memiliki panjang gelombang antara 350-2200 nm. Spektrum radiasianya berupa garis lengkung. Umumnya memiliki waktu 1000jam pemakaian. b. Lampu Deuterium Lampu ini dipakai pada panjang gelombang 190-380 nm. Spektrum energy radiasinya lurus, dan digunakan untuk mengukur sampel yang terletak pada daerah uv. Memiliki waktu 500 jam pemakaian. 2) Monokromator Monokromator adalah alat yang akan memecah cahaya polikromatis menjadi



cahaya tunggal (monokromatis) dengan komponen panjang



gelombang tertentu. Bagian-bagian monokromator, yaitu : a. Prisma Prisma akan mendispersikan radiasi elektromagnetik sebesar mungkin supaya di dapatkan resolusi yang baik dari radiasi polikromatis. b. Grating (kisi difraksi) Kisi difraksi memberi keuntungan lebih bagi proses spektroskopi. Dispersi sinar akan disebarkan merata, dengan pendispersi yang sama, hasil dispersi akan lebih baik. Selain itu kisi difraksi dapat digunakan dalam seluruh jangkauan spektrum.



c. Celah optis Celah ini digunakan untuk mengarahkan sinar monokromatis yang diharapkan dari sumber radiasi. Apabila celah berada pada posisi yang tepat, maka radiasi akan dirotasikan melalui prisma, sehingga diperoleh panjang gelombang yang diharapkan. d. Filter Berfungsi untuk menyerap warna komplementer sehingga cahaya yang diteruskan merupakan cahaya berwarna yang sesuai dengan panjang gelombang yang dipilih. 3) Kompartemen sampel Kompartemen ini digunakan sebagai tempat diletakkannya kuvet. kuvet merupakan wadah yang digunakan untuk menaruh sampel yang akan dianalisis. Pada spektrofotometer double beam, terdapat dua tempat kuvet. Satu kuvet digunakan sebagai tempat untuk menaruh sampel, sementara kuvet



lain



digunakan



untuk



menaruh



blanko.



Sementara



pada



spektrofotometer single beam, hanya terdapat satu kuvet. Kuvet yang baik harus memenuhi beberapa syarat sebagai berikut : a. Permukaannya harus sejajar secara optis b. Tidak berwarna sehingga semua cahaya dapat di transmisikan c. Tidak ikut bereaksi terhadap bahan-bahan kimia d. Tidak rapuh e. Bentuknya sederhana



Terdapat berbagai jenis dan bentuk kuvet pada spektrofotometer. Umumnya pada pengukuran di daerah UV, digunakan kuvet yang terbuat dari bahan kuarsa atau plexiglass. Kuvet kaca tidak dapat mengabsorbsi sinar uv, sehingga tidak digunakan pada saat pengukuran di daerah UV. Oleh karena itu, bahan kuvet dipilih berdasarkan daerah panjang gelombang yang digunakan. Gunanya agar dapat melewatkan daerah panjang gelombang yang digunakan. • UV : fused silika, kuarsa • Visible : gelas biasa, silika atau plastik • IR : KBr, NaCl, IRTRAN atau kristal dari senyawa ion



Bahan



Panjang gelombang



Silika



150-3000



Gelas



375-2000



Plastik



380-800 Tabel 2 Bahan Kuvet Sesuai Panjang Gelombang



4) Detektor Detektor akan menangkap sinar yang diteruskan oleh larutan. Sinar kemudian diubah menjadi sinyal listrik oleh amplifier dan dalam rekorder dan ditampilkan dalam bentuk angka-angka pada reader (komputer). Terdapat beberapa jenis detector pada spektrofotometer : Jenis detector



λ range (nm)



Sifat pengukuran Penggunaan



Phototube



150 – 1000



arus listrik UV



Photomultiplier



150 – 1000



arus listrik UV/Vis



Solid state



350 – 3000



Thermocouple



600 – 20.000



arus listrik IR



Thermistor



600 – 20.000



hambatan listrik IR



Tabel 3 Jenis-jenis detektor berdasarkan panjang gelombang Syarat-syarat ideal sebuah detector adalah : -



Mempunyai kepekaan tinggi



-



Respon konstan pada berbagai panjang gelombang



-



Waktu respon cepat dan sinyal minimum tanpa radiasi



-



Sinyal listrik ayng dihasilkan harus sebanding dengan tenaga radiasi



5) Visual display Merupakan system baca yang memperagakan besarnya isyarat listrik, menyatakan dalam bentuk % Transmitan maupun Absorbansi. 3. Kegunaan UV/Vis



spektroskopi



penentuan larutan dari logam organik.



secara transisi ion



rutin dan



digunakan



dalam kuantitatif



sangat dikonjugasikan senyawa



a. Larutan ion logam transisi dapat berwarna (misalnya, menyerap cahaya) karena d elektron dalam atom logam dapat tertarik dari satu negara elektronik lainnya. Warna larutan ion logam sangat dipengaruhi oleh kehadiran spesies lain, seperti anion tertentu atau ligan. Sebagai contoh, warna larutan encer tembaga sulfat adalah biru yang sangat terang; menambahkan amonia meningkat dan perubahan warna panjang gelombang serapan maksimum (λ m a x). b. Senyawa



organik, terutama



mereka



yang



memiliki



tingkat



tinggi konjugasi, juga menyerap cahaya pada daerah UV atau terlihat dari spektrum elektromagnetik. Pelarut untuk penentuan ini sering air untuk senyawa larut dalam air, atau etanol untuk senyawa organik yang larut. (Pelarut organik mungkin memiliki penyerapan sinar UV yang signifikan; tidak semua pelarut yang cocok untuk digunakan dalam spektroskopi UV. Ethanol menyerap sangat lemah di paling panjang gelombang.).Polaritas pelarut dan pH dapat mempengaruhi penyerapan spektrum senyawa organik. Tirosin, misalnya, peningkatan penyerapan maksimum dan koefisien molar kepunahan ketika pH meningkat 6-13 atau ketika polaritas pelarut berkurang. c. Sementara kompleks transfer biaya juga menimbulkan warna, warna sering terlalu kuat untuk digunakan dalampengukuran kuantitatif. Hukum BeerLambert menyatakan bahwa absorbansi larutan berbanding lurus dengan konsentrasi spesies menyerap dalam larutan dan panjang jalan. Jadi, untuk tetap jalan panjang, UV / VIS spektroskopi dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi dalam larutan penyerap. Perlu untuk mengetahui seberapa cepat perubahan absorbansi dengan konsentrasi. Ini dapat diambil dari referensi (tabel koefisien molar kepunahan), atau lebih tepatnya, ditentukan dari kurva kalibrasi. 2.