Bab 2 Nanopartikel

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kerangka Teori

2.1.1 Nanopartikel

Pada saat ini, pengembangan nanoteknologi terus dilakukan oleh para

peneliti dari dunia akademik maupun dari dunia industri. Semua peneliti seolah

berlomba untuk mewujudkan karya baru dalam dunia nanoteknologi. Salah satu

bidang yang menarik minat banyak peneliti adalah pengembangan metode

sintesis nanopartikel. Nanopartikel dapat terjadi secara alamiah ataupun melalui

proses sintesis oleh manusia. Sintesis nanopartikel bermakna pembuatan partikel

dengan ukuran yang kurang dari 100 nm dan sekaligus mengubah sifat atau

fungsinya. Orang umumnya ingin memahami lebih mendalam mengapa

nanopartikel dapat memiliki sifat atau fungsi yang berbeda dari material sejenis

dalam ukuran besar (bulk).

Dua hal utama yang membuat nanopartikel berbeda dengan material

sejenis dalam ukuran besar yaitu: (a) karena ukurannya yang kecil, nanopartikel

memiliki nilai perbandingan antara luas permukaan dan volume yang lebih

besar jika dibandingkan dengan partikel sejenis dalam ukuran besar. Ini

membuat nanopartikel bersifat lebih reaktif. Reaktivitas material ditentukan oleh

atom-atom di permukaan, karena hanya atom-atom tersebut yang bersentuhan

langsung dengan material lain; (b) ketika ukuran partikel menuju orde

nanometer, maka hukum fisika yang berlaku lebih didominasi oleh hukum-

hukum fisika kuantum. Sifat-sifat yang berubah pada nanopartikel biasanya

berkaitan dengan fenomena-fenomena berikut ini. Pertama adalah fenomena

kuntum sebagai akibat keterbatasan ruang gerak elektron dan pembawa muatan

lainnya dalam partikel. Fenomena ini berimbas pada beberapa sifat material

seperti perubahan warna yang dipancarkan, transparansi, kekuatan mekanik,

konduktivitas listrik, dan magnetisasi. Kedua adalah perubahan rasio jumlah atom

yang menempati permukaan terhadap jumlah total atom. Fenomena ini berimbas

pada perubahan titik didih, titik beku, dan reaktivitas kimia.

7

Perubahan-perubahan tersebut diharapkan dapat menjadi keunggulan

nanopartikel dibandingkan dengan partikel sejenis dalam keadaan bulk. Para

peneliti juga percaya bahwa kita dapat mengontrol perubahan-perubahan

tersebut ke arah yang diinginkan.

Sintesis nanopartikel dapat dilakukan dalam fasa padat, cair, maupun

gas. Proses sintesis pun dapat berlangsung secara fisika atau kimia. Proses

sintesis secara fisika tidak melibatkan reaksi kimia. Yang terjadi hanya

pemecahan material besar menjadi material berukuran nanometer, atau

pengabungan material berukuran sangat kecil, seperti kluster, menjadi partikel

berukuran nanometer tanpa mengubah sifat bahan. Proses sintesis secara kimia

melibatkan reaksi kimia dari sejumlah material awal (precursor) sehingga

dihasilkan material lain yang berukuran nanometer. Contohnya adalah

pembentukan nanopartikel garam dengan mereaksikan asam dan basa yang

bersesuaian. (Abdullah, M. dkk. 2008).

Secara umum, sintesis nanopartikel akan masuk dalam dua kelompok besar,

yaitu:

a. Top-down

Metode top-down (pengecilan ukuran) adalah memecah partikel berukuran

besar menjadi partikel berukuran nanometer. Metoda yang digunakan pada

proses top-down antara lain:

- Pearl/Ball Milling

- High-pressure homogenization

- Lithography/etching

b. Bottom-up

Metode Bottom-up (penyusunan atom-atom) adalah memulai dari atom-atom

atau molekul-molekul atau kluster-kluster yang diassembli membentuk partikel

berukuran nanometer yang dikehendaki. Metode pembuatan partikel nano terdiri

atas beberapa proses kimia dan fisika, yang meliputi:

1. Proses wet chemical, yaitu proses presipitasi seperti: kimia koloid,

metoda hidrotermal, dan proses sol-gel. Proses ini intinya mencampur

8

ion-ion dengan jumlah tertentu dengan mengontrol suhu dan tekanan

untuk membentuk insoluble material yang akan terbentuk endapan.

Endapan dikumpulkan dengan cara penyaringan atau spray drying untuk

mendapatkan butiran kering.

2. Mechanical process, termasuk grinding, milling, dan teknik mechanical

alloying. Intinya material ditumbuk secara mekanik untuk membentuk

partikel yang lebih halus.

3. Form-in-place process, seperti lithography, vacum deposition process,

dan spray coating. Proses ini spesifik untuk membuat nanopartikel

coating.

4. Gas-phase synthesis, termasuk didalamnya adalah mengontrol

perkembangan carbon nanotube dengan proses catalytic cracking

terhadap gas yang penuh dengan karbon seperti methan.

Gambar 2.1. Dua pendekatan sintesis nanopartikel: top-down dan bottom-up

9

Selain nanopartikel juga dikembangkan material nanostruktur, yaitu

material yang tersusun oleh beberapa material nanopartikel. Untuk menghasilkan

material nanostruktur maka partikel-partikel penyusunnya harus diproteksi

sehingga apabila partikel-partikel tersebut digabung menjadi material yang

berukuran besar maka sifat individualnya dipertahankan. Sifat material

nanostruktur sangat bergantung pada (a) ukuran maupun distribusi ukuran, (b)

komponen kimiawi unsur-unsur penyusun material tersebut, (c) keberadaan

interface (grain boundary), dan (d) interaksi antar grain penyusun material

nanostruktur.

Quantum dot adalah material berukuran kurang dari 100 nanometer yang

mengurung elektron secara 3-dimensi, baik arah x, y dan z. Hal ini dimungkinkan

karena diameter dari quantum dot tersebut sebanding dengan panjang gelombang

dari elektron. Bahkan, disebut bahwa quantum dot ini merupakan atom buatan

(artificial atom). Nanowire adalah material berukuran nanometer yang dapat

mengurung elektron secara 2-dimensi dan bebas bergerak di dimensi yang ketiga,

yaitu ke depan atau ke belakang.

2.1.2 Zinc (Zn)

Zinc merupakan salah satu unsur kimia dengan simbol Zn, nomor atom 30,

dan menempati tempat pertama pada golongan XII unsur transisi di dalam tabel

periodik unsur. Sebagian besar, bijih zinc dipanggang untuk mengubah sulfida

menjadi oksidanya, kemudian dilanjutkan reduksi pada temperatur tinggi dengan

karbon untuk menghasilkan logam zinc yang kemudian dikondensasi dan

dimurnikan. Persamaan reaksi yang terjadi yaitu :

ZnO(s) + C(s) Zn (s) + CO(g)

Logam zinc dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan kuningan,

sedangkan zinc oksida dimanfaatkan dalam bidang pengobatan. Pemanfaatan seng

sebagai zat anti korosif merupakan salah satu aplikasi yang paling banyak

dilakukan. (Mohlis. 2006).

10

2.1.2.1. Sifat-sifat

Zinc memiliki warna putih kebiruan. Logam ini rapuh pada suhu biasa

tetapi mudah dibentuk pada 100-150 derajat celcius, dapat mengalirkan listrik

walau tidak seefektif tembaga dan terbakar di udara pada suhu tinggi merah

menyala dengan evolusi awan putih oksida. Unsur ini juga menunjukkan sifat

yang sangat mudah dibentuk (superplasticity). Zinc maupun zirconium tidak

memiliki sifat magnet. Tetapi ZrZn2 menunjukkan sifat kemagnetan pada suhu

dibawah 35 derajat Kelvin. Senyawa ini memiliki sifat-sifat kelistrikan, panas,

optik dan solid-state yang unik. (Garmanage, 2000).

A. Sifat Kimia

Zinc cukup reaktif dan merupakan reduktor kuat. Permukaan logam zinc

murni akan dengan mudah membentuk lapisan zinc karbonat (Zn5(OH)6CO3)

karbon dioksida. Lapisan ini membantu mencegah reaksi lebih lanjut dengan

udara dan air.

Zinc yang dibakar akan menghasilkan api berwarna hijau kebiruan dan

mengeluarkan asap zinc oksida. Zinc bereaksi dengan asam, basa, dan non-logam

lainnya. Zinc yang sangat murni hanya akan bereaksi secara lambat dengan asam

pada suhu kamar. Asam kuat seperti asam klorida maupun asam sulfat dapat

menghilangkan lapisan pelindung zinc karbonat dan reaksi zinc dengan air yang

ada akan melepaskan gas hidrogen. (Mohlis. 2006).

Tabel 2.1. Sifat kimia ZincKarakterisasi sifat kimia Zinc

Jari-jari ionic 74 pm

Tingkat oksida +2

Warna ion Tak berwarna

Ion terhidrat [Zn(H2O)6]2+

Garam-garam yang terlarut Klorida, sulfat

Garam sukar larut Karbonat

Klorida Kovalen, higroskopik

Hidroksida Basa

(Garmanage, 2000).

11

Zinc secara umum memiliki keadaan oksidasi +2. Ketika senyawa dengan

keadaan oksidasi +2 terbentuk, elektron pada elektron terluar s akan terlepas, dan

ion zinc yang terbentuk akan memiliki konfigurasi [Ar]3d. Sifat kimiawi zinc

mirip dengan logam-logam transisi periode pertama seperti nikel dan tembaga,

bersifat diamagnetik dan hampir tak berwarna. Jari-jari ion zinc dan magnesium

juga hampir identik. Oleh karenanya, garam kedua senyawa ini akan memiliki

struktur kristal yang sama, dimana jari-jari ion merupakan faktor penentu, sifat-

sifat kimiawi keduanya akan sangat mirip. Zinc cenderung membentuk ikatan

kovalen berderajat tinggi, juga akan membentuk senyawa kompleks dengan

pendonor N- dan S-. Senyawa kompleks seng kebanyakan berkoordinasi 4

ataupun 6 walaupun koordinasi 5 juga diketahui ada.

B. Sifat fisis

Zinc merupakan logam yang berwarna putih kebiruan, berkilau, dan

bersifat diamagnetik. Zinc sedikit kurang padat daripada besi dan berstruktur

kristal heksagonal. Logam ini keras dan rapuh pada suhu tertentu, namun menjadi

dapat ditempa antara 100 sampai dengan 150 °C di atas 210 °C. Zinc juga mampu

menghantarkan listrik. Dibandingkan dengan logam-logam lainnya, zinc memiliki

titik lebur (420 °C) dan titik didih (900 °C) yang relatif rendah. Titik lebur zinc

merupakan yang terendah di antara semua logam-logam transisi selain raksa dan

kadmium.

Terdapat banyak sekali aloi yang mengandung zinc. Salah satu contohnya

adalah kuningan (aloi zinc dan tembaga). Logam-logam lainnya yang juga

diketahui dapat membentuk aloi dengan zinc adalah aluminium, antimon, bismut,

emas, besi, timbal, raksa, perak, timah, magnesium, kobalt, nikel, telurium, dan

natrium.Walaupun zinc maupun zirconium tidak bersifat feromagnetik, ZrZn2

memperlihatkan feromagnetisme di bawah suhu 35 K.

C. Senyawa Zinc

Kebanyakan metaloid dan non logam dapat membentuk senyawa biner

dengan zinc, terkecuali gas mulia. Oksida ZnO merupakan bubuk berwarna putih

12

yang hampir tidak larut dalam larutan netral. Ia bersifat amfoter dan dapat larut

dalam larutan asam dan basa kuat. Kalkogenida lainnya seperti ZnS, ZnSe, dan

ZnTe memiliki banyak aplikasinya dalam bidang elektronik dan optik.

Pniktogenida (Zn3N2, Zn3P2, Zn3As2 dan Zn3Sb2), peroksida ZnO2, hidrida ZnH2,

dan karbida ZnC2 juga dikenal keberadaannya. Dari keempat unsur halida, ZnF2

memiliki sifat yang paling ionik, sedangkan sisanya (ZnCl2, ZnBr2, dan ZnI2)

bertitik lebur rendah dan dianggap lebih bersifat kovalen.

Dalam larutan basa lemah yang mengandung ion Zn2+, hidroksida dari

seng Zn(OH)2 terbentuk sebagai endapan putih. Dalam larutan yang lebih alkalin,

hidroksida ini akan terlarut dalam bentuk [Zn(OH)4]2- Senyawa nitrat Zn(NO3)2,

klorat Zn(ClO3)2, sulfat ZnSO4, fosfat Zn3(PO4)2, molibdat ZnMoO4, sianida

Zn(CN)2, arsenit Zn(AsO2)2, arsenat Zn(AsO4)2•8H2O dan kromat ZnCrO4

merupakan beberapa contoh senyawa anorganik zinc. Salah satu contoh senyawa

organik paling sederhana dari zinc adalah senyawa asetat Zn(O2CCH3)2.

Senyawa organozinc merupakan senyawa-senyawa yang mengandung

ikatan kovalen zinc-karbon. Dietilzinc ((C2H5)2Zn) merupakan salah satu reagen

dalam kimia sintesis. Senyawa ini pertama kali dilaporkan pada tahun 1848 dari

reaksi antara zinc dengan etil iodida dan merupakan senyawa yang pertama kali

diketahui memiliki ikatan sigma logam-karbon. Dekametildizincosena

mengandung ikatan zinc kovalen yang kuat pada suhu kamar.

D. Metode Pembuatan Zinc

Logam zinc diproduksi menggunakan metalurgi ekstraktif. Sebuah

konsentrasi akhir zinc sekitar 50% tercapai dengan proses ini dengan sisa yang

sedang sulfur (32%), besi konsentrat (13%), dan SiO2 (5%). Mengubah sulfida

zinc konsentrat yang dihasilkan selama proses untuk oksida zinc:

2ZnSO4(aq) + 2H2O(l) → 2Zn(s) + 2H2SO4(aq)

Untuk pengolahan lebih lanjut dua metode dasar yang digunakan:

pirometalurgi (perlakuan panas mineral dan bijih metalurgi dan konsentratnya

untuk memungkinkan pemulihan logam berharga) atau elektrowining

(menghilangkan kotoran dari logam). Pengolahan pirometalurgi mengurangi zinc

13

oksida dengan karbon atau karbon monoksida pada 950°C (1740°F) ke dalam

logam, yang disuling sebagai uap zinc. (Zhang, J., Guyot, F., 1999).

Secara umum, proses untuk memperoleh logam Zn dari batuan yang ada di

alam dapat dilakukan dengan Proses Metalurgi. Diagram pemisahan Zn dari

batuan dapat dilihat pada gambar 2.2.

Diagram pemisahan Zn dan ZnO dari batuan dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Diagram Proses Extractive Metalurgy untuk logam Zn

Berdasarkan diagram diatas, bahan baku untuk mengisolasi Zn diperoleh

dari bijih galena. Pertama-tama, biji galena dihaluskan melalui proses crushing.

Setelah diperoleh serbuk biji, serbuk tersebut dimasukkan ke dalam suatu cairan.

Dengan perbedaan kerapatan (densitas) dari masing-masing komponen, maka

logam Zn akan terpisah dari komponen lain. Berdasarkan sumber bahan baku,

proses isolasi logam Zn dapat dibagi menjadi 2, yaitu:

1. Proses Utama

Proses untuk memperoleh Zn dari alam dilakukan melalui proses

penghancuran dan flotasi dari batuan alam. Bantuan yang mengandung Zn dari

lokasi penambangan direduksi dengan memanfaatkan metode pyrometallurgical

termasuk proses destilasi, atau metode hydrometallurgical termasuk proses

electrowinning, kalsinasi, dan leaching atau proses pemurnian. Proses

electrowinning adalah proses yang paling umum digunakan. Pada proses

electrowinning, digunakan sel elektrolitik untuk mereduksi Zn. Arus listrik

Bijih Zn (Galena) Serbuk biji Zn

Grinding/Crusering

Froth

Flotation

14

mengalir dari anoda menuju larutan Zn, dan kemudian Zn yang tereduksi pada

katoda siap dipisahkan. Kemudian, Zn hasil reduksi tersebut dilelehkan dan

dicetak membentuk ingot. Proses lainnya, batuan yang mengandung Zn dapat

ditambahkan dengan anion tertentu sampai membentuk garam. Garam yang

terbentuk kemudian direduksi menggunakan logam alkali sampai membentuk

logam Zn murni.

Diagram isolasi Zn tersebut dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3. Diagram Pemisahan Zn dengan Proses Reduksi

2. Proses Kedua

Produksi Zn yang kedua dilakukan dengan menggunakan bahan baku scrap,

zinc oksida, serta uap zinc. Dengan menggunakan teknik pyrometallurgical, Zn

dapat diisolasi. Proses selanjutnya dapat dilanjutkan dengan separasi magnetic

serta floating untuk memisahkan Zn dari komponen-komponen lainnya. Zn yang

didapat kemudian dilelehkan.

2.2. ZnO

Zinc oxide (rumus molekul ZnO) merupakan senyawa anorganik berwujud

bubuk, amorf berwarna putih hingga putih kekuningan. Bubuk zinc oxide

digunakan secara luas sebagai bahan aditif pada produk-produk dan material

seperti plastik, keramik, kaca, semen,pulpdent (semen untuk menambal lubang

gigi), karet (misalnya untuk karet ban), pelumas, dan lain-lain. Meski ZnO

terdapat dalam kerak bumi dalam bentuk mineral yang dinamakan zincite, namun

pada umumnya produksi ZnO komersial dilakukan secara sintetis. Zinc oxide juga

Zn batuan ZnCl2,ZnCO3 Zn

Anion CO3, Cl Logam Alkali

(Al, Mg, Na)

15

memiliki sejumlah sebutanlain, diantaranya calamine, zinc white, flowers of zinc,

dan Chinese white.

Gambar 2.4. serbuk Zinc oxide

Seng oksida merupakan senyawa anorganik dengan formula ZnO. Hal ini

biasanya muncul sebagai bubuk putih, hampir tidak larut dalam air. Serbuk

banyak digunakan sebagai aditif ke dalam berbagai bahan dan produk yang

termasuk plastik, keramik, kaca, semen, karet (misalnya, ban mobil), pelumas,

cat, salep, lem, Sealants, pigmen, makanan (sumber Zn nutrisi ), baterai, ferrites,

retardants kebakaran, ZnO dalam kerak bumi sebagai mineral zincite. Namun,

ZnO digunakan secara komersial diproduksi secara sintetis.

Dalam ilmu bahan, ZnO adalah semikonduktor yang memiliki celah lebar

pita dari kelompok semikonduktor II-VI . Doping asli dari semikonduktor adalah

tipe-n. Sebagai semikonduktor dengan lebar celah pita energi besar, ZnO sangat

potensial diaplikasi sebagai elektroda transparan dalam teknologi fotovoltaik,

pirantielektroluminisens, dan material untuk piranti pemancar ultraviolet.

ZnO nanopartikel adalah material semikonduktor yang menghasilkan

luminisens biru sampai hijau-kuning yang cukup efisien. Sifat ini menjadikan

ZnO sebagai material yang sangat potensial bagi pengembangan sumber cahaya

putih (white light sources). Karena strukturnya yang kovalen, material oksida

biasa disebut dengan keramik. Dalam bentuk lapisan tipisnya, material oksida ini

transparan terhadap cahaya dikarenakan band gap-nya zinc sulfida primordial.

16

Bijih-bijih zinc yang utama adalah sphalerita (sulfida), smithsonite (karbonat),

calamine (silikat) dan franklinite (zinc, manganese, besi oksida). Satu metoda

dalam mengambil unsur ini dari bijihnya adalah dengan cara memanggang bijih

zinc untuk membentuk oksida dan mereduksi oksidanya dengan arang atau karbon

yang dilanjutkan dengan proses distilasi.

Material yang saat ini banyak menarik perhatian karena dapat digunakan

pada berbagai aplikasi yaitu material ZnO. Dimana yang termasuk aplikasi ZnO

yaitu sebagai devais mikroelektronik dan optoelektronik, katalis, pigmen maupun

aditif pada kosmetik. Banyak teknologi yang telah dikembangkan dalam sintesis

partikel ZnO terutama untuk mendapatkan partikel dalam ukuran nanometer.

2.2.1 Karakteristik ZnO

Tidak larut dalam air dan alkohol, namun larut dan terurai pada

kebanyakan jenis asam.Melebur menjadi oksigen dan uap zinc pada suhu 1975°C

(3587 F). Menimbulkan kebakaran dan ledakan apabila bereaksi dengan

bubuk aluminium dan magnesium dalam kondisi dipanaskan.Bereaksi dengan

hydrogen sulfide untuk menghasilkan sulfide. Ketika produk yang mengandung

ZnO dan air meleleh karena terkena sinar UV, reaksinya dapat menghasilkan

hydrogen peroksida.

1) Sifat kimia

ZnO terjadi bedak putih yang dikenal sebagai seng putih atau sebagai

mineral zincite . Mineral ini biasanya berisi sejumlah mangan dan elemen lainnya

dan kuning untuk warna merah. Oksida seng Kristal adalah termokromik ,

berubah dari putih menjadi kuning ketika dipanaskan dan di udara berbalik ke

putih pada pendinginan. Dalam sifat kimia ZnO memiliki massa molar = 81.408

g/mol. ZnO ini tidak memiliki bau, mempunyai massa jenis = 5.606 g/cm3. ZnO

menguap pada suhu 2360 ºC. Memiliki gravitasi spesifik = 5.67 dan Flash point =

1436 ºC.Seng oksida merupakan oksida amfoter .Hal ini hampir tidak larut dalam

air dan alkohol,tetapi larut dalam (terdegradasi oleh) yang paling asam , seperti

klorida asam:

ZnO + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂O

17

Basis juga menurunkan padat untuk memberikan zincates larut:

ZnO + 2 NaOH + H₂O → Na₂(Zn(OH)₄).

ZnO bereaksi lambat dengan asam lemak dalam minyak untuk

menghasilkan yang sesuai carboxylates , seperti oleat atau stearat . ZnO bentuk-

seperti produk semen bila dicampur dengan larutan berair kuat seng klorida dan

ini paling baik digambarkan sebagai hidroksi seng klorida.semen ini digunakan

dalam kedokteran gigi.

2) Sifat fisik

Gambar 2. 5 Struktur Wurtzite Gambar 2.6 Sel zincblende unit

Seng oksida mengkristal dalam tiga bentuk : heksagonal wurtzite , kubik

zincblende , dan diamati kubik jarang rocksalt ). Struktur wurtzite yang paling

stabil pada kondisi kamar yang paling umum. Bentuk zincblende dapat

distabilkan dengan menumbuhkan ZnO pada substrat dengan struktur kisi kubik.

Dalam kedua kasus, dan pusat oksida seng adalahtetrahedral . The rocksalt (NaCl

tipe) struktur hanya diamati pada tekanan relatif tinggi sekitar 10 GPa.

Heksagonal dan polimorf zincblende tidak memiliki simetri inversi

(refleksi dari kristalyang relatif suatu titik tertentu tidak mengubahnya ke dalam

dirinya).. Ini dan properti lainnyahasil simetri kisi dalam piezoelektrisitas dari dan

zincblende ZnO heksagonal, dan dalam pyroelectricity ZnO heksagonal.

17








2) Sifat fisik












17








2) Sifat fisik












18

Tabel 2.2. Zinc Oxide secara umum :

Berat molekul (g / mol.) 81.4Jelas Kepadatan (lbs./ft3) ~ 35.Berat jenis ~ 5,6Indeks bias 2.00412.0041Melting Point (Â° C) 1975Titik didih (Â° C) 2360Permukaan Area (m2 / g) ~ 5,0-29Kelarutan Dalam Air (30 Â° C) 0,00016 g/100 mLUni Eropa Indeks 030-013-00-7Bau tanpa bauMSDS ICSCWarna putih

3) Sifat mekanis

Relatif lunak dan perkiraan kekerasan 4,5 pada skala mohs. Industri yang

menggunakan zinc oxide sebagai bahan bakunya biasanya menggunakan material

berupa zinc oxide dengan konsentrasi 99-100%. Kapasitas panas tinggi dan

konduktivitas panas, ekspansi termal rendah dan suhu lebur tinggi ZnO yang

bermanfaat bagi keramik.Di antara semikonduktor terikat tetrahedrally, telah

menyatakan bahwa ZnO memiliki tensor piezoelektrik tertinggi atau setidaknya

satu sebanding dengan GaN dan AlN .

2.3 Metode Sol-Gel

Sintesis nanopartikel ZnO dapat dilakukan melalui sebuah proses yang

disebut dengan metode sol-gel yang merupakan salah satu metode yang paling

sukses dalam mempreparasi material oksida logam berukuran nano. Sol adalah

suspensi koloid yang fasa terdispersinya berbentuk solid (padat) dan fasa

pendispersinya berbentuk liquid (cairan). Suspensi dari partikel padat atau

molekul-molekul koloid dalam larutan, dibuat dengan metal alkoksi dan

dihidrolisis dengan air, menghasilkan partikel padatan metal hidroksida dalam

larutan. Reaksinya adalah reaksi hidrolisis.

19

Gel (gelation) adalah jaringan partikel atau molekul, baik padatan dan

cairan, dimana polimer yang terjadi di dalam larutan digunakan sebagai tempat

pertumbuhan zat anorganik. Pertumbuhan anorganik terjadi di gel point, dimana

energi ikat lebih rendah. Reaksinya adalah reaksi kondensasi, baik alkohol atau

air, yang menghasilkan oxygen bridge (jembatan oksigen) untuk mendapatkan

metal oksida.

Metode sintesis menggunakan sol-gel untuk material berbasis oksida

berbeda-beda bergantung prekursor dan bentuk produk akhir, baik itu berupa

powder, film, aerogel, atau serat. Struktur dan sifat fisik gel sangat bergantung

pada beberapa hal, diantaranya:

a) Pemilihan bahan baku material

b) Laju hidrolisis dan kondensasi

c) Modifikasi kimiawi dari sistem sol-gel

Metode sol gel cocok untuk preparasi thin film dan material berbentuk

powder. Tujuan preparasi ini agar suatu material keramik dapat memiliki

fungsional khusus (elektrik, optik, magnetik, dll). Metode sol gel memiliki

keuntungan antara lain:

a) Untuk partikel halus, rentang ukuran 0,1 sampai beberapa mikron

b) Mudah dalam kontrol komposisi (kehomogenan komposisi kimia baik)

c) Temperatur proses rendah

d) Biaya murah

Metode sol-gel dikenal sebagai salah satu metode sintesis nanopartikel yang

cukup sederhana dan mudah. Metode ini merupakan salah satu “wet method” atau

metode basah karena pada prosesnya melibatkan larutan sebagai medianya. Pada

metode sol-gel, sesuai dengan namanya larutan mengalami perubahan fase

menjadi sol (koloid yang mempunyai padatan tersuspensi dalam larutannya) dan

kemudian menjadi gel (koloid tetapi mempunyai fraksi solid yang lebih besar

daripada sol). (Purwanto, 2008).

20

katalis

Larutanawal

Larutan dankatalis

Pemisahan padatandengan larutan

Dipanaskan pada tempeatur tertentuSelama beberapa jam kadang-kadangjuga di rebus

Di rebus

Karakterisasi produk

Gambar 2.7. Diagram proses metode solgel

2.3.1 Proses Sol Gel

Prekursor atau bahan awal dalam pembuatannya adalah alkoksida logam

dan klorida logam, yang kemudian mengalami reaksi hidrolisis dan reaksi

polikondensasi untuk membentuk koloid, yaitu suatu sistem yang terdiri dari

partikel-partikel padat (ukuran partikel antara 1 nm sampai 1 µm) yang terdispersi

dalam suatu pelarut. Bahan awal atau precursor juga dapat disimpan pada suatu

substrat untuk membentuk film (seperti melalui dip-coating atau spin-coating),

yang kemudian dimasukkan kedalam suatu container yang sesuai dengan bentuk

yang diinginkan contohnya untuk menghasilkan suatu keramik monolitik, gelas,

fiber atau serat, membrane, aerogel, atau juga untuk mensitesis bubuk baik butiran

mikro maupun nano.

Dari beberapa tahapan proses sol-gel, terdapat dua tahapan umum dalam

pembuatan metaloksida melalui proses sol-gel, yaitu hidrolisis dan polikondensasi

seperti terlihat pada gambar berikut ini. Pada tahap hidrólisis terjadi penyerangan

molekul air.

21

Gambar 2.8. Skema umum proses pembuatan solgel

2.3.2 Kimia Sol Gel

Kimia sol gel adalah didasarkan pada hidrolisis dan kondensasi dari

precursors. Umumnya pada sol gel ditunjukkan penggunaan alkoksida sebagai

precursor. Alkoksida memberikan suatu monomer yang dalam beberapa kasus

yang terlarut dalam bermacam-macam pelarut khususnya alkohol. Alkohol

membolehkan penambahan air untuk mulai reaksi, keuntungan lain alkoksida

adalah untuk mengontrol hidrolisis dan kondensasi. Dengan alkoksida sebagai

precursor, kimia sol gel dapat disederhanakan dengan persamaan reaksi berikut.

22

Reaksi Sol-Gel

Ada dua tahapan reaksi dalam Sol-Gel yaitu :

(1) Hidrolisis metal alkoksida

(2) Kondensasi

Menurut Iler, polimerisasi sol-gel terjadi dalam tiga tahap:

1. Polimersasi monomer-monomer membentuk partikel

2. Penumbuhan partikel

3. Pengikatan partikel membentuk rantai, kemudian jaringan yang terbentuk

diperpanjang dalam medium cairan, mengental menjadi suatu gel, seperti

ditunjukkan pada Gambar berikut.

23

Gambar 2.9: a) Tahapan pembuatan sol dan b) Tahapan pembuatan gel

2.3.3 Keuntungan dan Kerugian menggunakan metode Sol-Gel

Keunggulan metode sol-gel:

Homogenitasnya lebih baik, Temperatur rendah, Kemurnian lebih baik,

Hemat energi.

Pencemaran rendah, Menghindari reaksi dengan container dan kemurnian

tinggi.

Fase pemisahan cepat, Kristalisasi cepat, Padatan non kristalin keluar

membentuk gelas.

Pembentukan fase kristal baru dari padatan non kristal baru .

Produk glass lebih baik ditentukan dengan sifat-sifat gel, Produk film

spesial.

Kerugian metode sol-gel:

Material proses cukup mahal, Residu butir-butir halus, Residu hidroksil

Residu karbon, Waktu proses cukup lama

24

Tabel 2.3. Parameter Proses Sol Gel

Tahapan

Proses

Tujuan Proses Parameter Proses

Larutan Kimia Membentuk gel Tipe precursor, Tipe pelarut, Kadar

air, Konsentrasi

precursor, Temperatur, dan pH

Aging Mendiamkan gel

untuk mengubah sifat

Waktu,Temperatur, Komposisi cairan,

Lingkungan aging

Pengeringan

(Drying)

Menghilangkan air

dari gel

Metoda pengeringan (ovaporative,

supercritical, dan freeze drying),

Temperatur, Tekanan, Waktu

Kalsinasi Mengubah sifat-sifat

fisik/kimia padatan,

sering menghasilkan

kristalisasi dan

densifikasi

Temperatur, Waktu, Gas (inert atau

reaktif)

(Widodo, S. 2010)

2.3.4 Tahapan Proses Sol-Gel

Metode sol-gel meliputi hidrolisis, kondensasi, pematangan dan

pengeringan.

A. Hidrolisis

Faktor yang sangat berpengaruh terhadap proses hidrolisis adalah rasio

air/prekusor dan jenis katalis hidrolisis yang digunakan. Peningkatan rasio

pelarut/prekursor akan meningkatkan reaksi hidrolisis yang mengakibatkan reaksi

berlangsung cepat sehingga waktu gelasi lebih cepat.

Katalis yang digunakan pada proses hidrolisis adalah jenis katalis asam atau

katalis basa, namun proses hidrolisis juga dapat berlangsung tanpa menggunakan

katalis. Dengan adanya katalis maka proses hidrolisis akan berlangsung lebih

cepat dan konversi menjadi lebih tinggi.

25

B. Kondensasi

Pada tahapan ini terjadi proses transisi dari sol menjadi gel. Pada tahap ini

telah terbentuk fasa anatase tapi masih dalam keadaan amorf

C. Pematangan (Aging)

Setelah reaksi hidrolisis dan kondensasi, dilanjutkan dengan proses

pematangan gel yang terbentuk. Proses ini lebih dikenal dengan nama proses

aging. Pada proses pematangan ini, terjadi reaksi pembentukan jaringan gel yang

lebih kaku, kuat dan menyusut di dalam larutan.

D. Pengeringan

Tahap terakhir ialah proses penguapan larutan dan cairan yang tidak

diinginkan untuk mendapatkan struktur sol-gel yang memiliki luas permukaan

yang tinggi. (Rahman, 2008)

2.4 Karakterisasi Nanopartikel ZnO

2.4.1 Scanning Electron Microscopy (SEM)

SEM merupakan suatu mikroskop elektron yang mampu untuk

menghasilkan gambar beresolusi tinggi dari sebuah permukaan sampel. Gambar

yang dihasilkan oleh SEM memiliki karakteristik penampilan tiga dimensi, dan

dapat digunakan untuk menentukan struktur permukaan dari sampel. Hasil gambar

dari SEM hanya ditampilkan dalam warna hitam putih.

SEM menerapkan prinsip difraksi elektron, dimana pengukurannya sama

seperti mikroskop optik. Prinsipnya adalah elektron yang ditembakkan akan

dibelokkan oleh lensa elektromagnetik dalam SEM.

SEM menggunakan suatu sumber elektron berupa pemicu elektron (electron

gun) sebagai pengganti sumber cahaya. Elektron-elektron ini akan diemisikan

secara termionik (emisi elektron dengan membutuhkan kalor, sehingga dilakukan

pada temperatur yang tinggi) dari sumber elektron. Elektron-elektron yang

dihasilkan adalah elektron berenergi tinggi, yang biasanya memiliki energi

berkisar 20 keV-200 keV atau sampai 1 MeV. Dalam prinsip pengukuran ini

dikenal dua jenis elektron, yaitu elektron primer dan elektron sekunder. Elektron

primer adalah elektron berenergi tinggi yang dipancarkan dari katoda (Pt, Ni, W)

26

yang dipanaskan. Katoda yang biasa digunakan adalah tungsten (W) atau

lanthanum hexaboride (LaB6). Tungsten digunakan karena memiliki titik lebur

yang paling tinggi dan tekanan uap yang paling rendah dari semua meta, sehingga

memungkinkannya dipanaskan pada temperatur tinggi untuk emisi elektron.

Elektron sekunder adalah elektron berenergi rendah, yang dibebaskan oleh atom

pada permukaan. Atom akan membebaskan elektron sekunder setelah

ditembakkan oleh elektron primer Elektron sekunder inilah yang akan ditangkap

oleh detektor, dan mengubah sinyal tersebut menjadi suatu sinyal gambar.

Proses pemindaian (scanning process) SEM secara singkat dapat dijelaskan

sebagai berikut. Sinar elektron, yang biasanya memiliki energi berkisar dari

beberapa ribu eV hingga 50 kV, difokuskan oleh satu atau dua lensa kondenser

menjadi sebuah sinar dengan spot focal yang sangat baik berukuran 1 nm hingga 5

μm. Sinar tersebut melewatibeberapa pasang gulungan pemindai (scanning coils)

di dalam lensa obyektif, yang akan membelokkan sinar itu dengan gaya raster di

atas area berbentuk persegi dari permukaan sampel. Selagi elektron-elektron

primer mengenai permukaan, mereka dipancarkan secara inelastis oleh atom-atom

di dalam sampel. Melalui kejadian penghamburan ini, sinar elektron primer

menyebar secara efektif dan mengisi volume berbentuk air mata, yang dikenal

sebagai volume interaksi, memanjang dari kurang dari 100 nm hingga sekitar 5

nm ke permukaan. Interaksi di dalam wilayah ini mengakibatkan terjadinya emisi

elektron sekunder, yang kemudian dideteksi untuk menghasilkan sebuah gambar.

Elektron-elektron sekunder akan ditangkap oleh detektor, dan mengubah sinyal

tersebut menjadi suatu sinyal gambar. Kekuatan cahaya tergantung pada jumlah

elektron-elektron sekunder yang mencapai detektor.

27

Gambar 2.10. Skema SEM. Prinsip SEM sama dengan mikroskop optik

SEM memiliki beberapa keunggulan, seperti kemampuan untuk

menggambar area yang besar secara komparatif dari spesimen, kemampuan untuk

menggambar materi bulk, dan berbagai mode analitikal yang tersedia untuk

mengkur komposisi dan sifat dsar dari spesimen. Tergantung dari instrumen,

resolusi dapat jatuh di suatu tempat diantara kurang dari 1 nm dan 20 nm.

Pembesaran gambar dari resolusi SEM yang tinggi dipengaruhi oleh besarnya

28

energi elektron yang diberikan. Semakin kecil panjang gelombang yang diberikan

oleh elektron, energinya semakin besar, sehingga resolusinya juga semakin tinggi.

Prepasi sampel pada SEM harus dilakukan dengan hati-hati karena

memanfaatkan kondisi vakum serta menggunakan elektron berenergi tinggi.

Sampel yang digunakan harus dalam keadaan kering dan bersifat konduktif

(menghantarkan elektron). Bila tidak, sampel harus dibuat konduktif terlebih

dahulu oleh pelapisan dengan karbon, emas, atau platina. (Marlina, 2007).

Gambar 2.11. Instrumentasi SEM

Syarat agar SEM dapat menghasilkan citra yang tajam permukaan benda

harus bersifat sebagai pemantul elektron atau dapat melepaskan elektron sekunder

ketika ditembak dengan berkas elektron. Benda yang akan di uji harus dilapisi

dengan logam. Jika benda yang akan diamati berasal dari logam tidak perlu

dilapisi dengan logam lagi.

28














28














29

Gambar 2.12. Skema gambar dasar Scanning elektron microscope (SEM).

Bagian terpenting dari SEM adalah apa yang disebut sebagai kolom elektron

(elektron column) yang memiliki piranti-piranti sebagai berikut:

1. Pembangkit elektron (elektron gun) dengan filamen sebagai pengemisi

elektron atau disebut juga sumber iluminasi.

2. Sebuah system lensa electromagnet yang dapat dimuati untuk dapat

memfokuskan atau mereduksi berkas elektron yang dihasilkan filamen ke

diameter yang sangat kecil.

3. Sebuah sistem perambah (scan) untuk menggerakan berkas elektron

terfokus tadi pada permukaan spesimen.

4. Satu atau lebih system deteksi untuk mengumpulkan hasil interaksi antara

berkas elektron dengan spesimen dan merubahnya ke signal listrik.

5. Sebuah konektor ke pompa vakum.

Untuk SEM, signal yang sangat penting adalah electron sekunder dan

electron terpantul karena kedua signal ini bervariasi sebagai akibat dari perbedaan

topografi permukaan manakala berkas electron tersebut menyapu permukaan

sampel. Emisi elektron sekunder terkungkung pada volume di sekitar permukaan

di mana berkas elektron menumbuk, sehingga memberikan bayangan dengan

resolusi yang relatif tinggi.

Prosedur Pelaksanaan menggunakan SEM :

1. Setelah alat SEM menyala, memasukkan sample ke dalam alat tersebut.

Banyaknya sample yang dapat dianalisa maksimum adalah empat sample.

29























29























30

2. Menunggu sampai alat menunjukkan Ready.

3. Sambil melihat monitor, mengatur lensa sehingga sample dapat terfokus.

4. Untuk memperbesar dan memperjelas gambar sample dapat dilakukan

dengan memutar magnifier dan brightnes.

5. Mencetak gambar sample yang diharapkan dengan bantuan personal

komputer.

Untuk analisis kualitatif dan kuantitatif sample dapat dilakukan dengan

bantuan komputer, sehingga dapat diketahui jenis unsur, dan persentase unsur

tersebut dalam sampel.

2.4.2. XRD (X-Ray Difraction)

Difraksi sinar-X digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal suatu

padatan dengan membandingkan nilai jarak d (bidang kristal) dan intensitas

puncak difraksi dengan data standar. Sinar-X merupakan radiasi elektromagnetik

dengan panjang gelombang sekitar 100 pm yang dihasilkan dari penembakkan

logam dengan elektron berenergi tinggi. Melalui analisis XRD diketahui dimensi

kisi (d = jarak antar bidang ) dalam struktur mineral. Sehingga dapat ditentukan

apakah suatu material mempunyai kerapatan yang tinggi atau tidak, dan difraksi

sinar-X suatu kristal seperti pada gambar 2.13. Hal ini dapat diketahui dari

persamaan Bragg yaitu nilai sudut difraksi θ yang berbanding terbalik dengan

nilai jarak d (jarak antar bidang) dalam kristal. Sesuai dengan persamaan Bragg:

n.λhkl = 2d sin θ

dengan : dhkl = jarak antar bidang

θ = sudut pengukuran (sudut difraksi)

λ = panjang gelombang sinar-X

31

Gambar 2.13. Difraksi sinar-X suatu kristal.

Prinsip dasar dari XRD adalah hamburan elektron yang mengenai

permukaan kristal. Bila sinar dilewatkan ke permukaan kristal, sebagian sinar

tersebut akan terhamburkan dan sebagian lagi akan diteruskan ke lapisan

berikutnya. Sinar yang dihamburkan akan berinterferensi secara konstruktif

(menguatkan) dan destruktif (melemahkan). Hamburan sinar yang berinterferensi

inilah yang digunakan untuk analisis.Difraksi sinar X hanya akan terjadi pada

sudut tertentu sehingga suatu zat akan mempunyai pola difraksi tertentu.

Pengukuran kristalinitas relatif dapat dilakukan dengan membandingkan jumlah

tinggi puncak pada sudut-sudut tertentu dengan jumlah tinggi puncak pada sampel

standar.

Di dalam kisi kristal, tempat kedudukan sederetan ion atau atom disebut

bidang kristal. Bidang kristal ini berfungsi sebagai cermin untuk merefleksikan

sinar –X yang datang. Posisi dan arah dari bidang kristal ini disebut indeks miller.

Setiap kristal memiliki bidang kristal dengan posisi dan arah yang khas, sehingga

jika disinari dengan sinar –X pada analisis XRD akan memberikan difraktogram

yang khas pula. Dari data XRD yang diperoleh, dilakukan identifikasi puncak-

puncak grafik XRD dengan cara mencocokkan puncak yang ada pada grafik

tersebut dengan database ICDD. Setelah itu, dilakukan refinement pada data XRD

dengan menggunakan metode Analisis Rietveld yang terdapat pada program

RIETAN. Melalui refinement tersebut, fase beserta sruktur, space group, dan

parameter kisi yang ada pada sampel yang diketahui. Melalui grafik XRD, grain

31











standar.












31











standar.












32

size dari sampel juga dapat diperkirakan.Grain size dihitung dengan menggunakan

persamaan Scherrer, yaitu :

cos..0,9S

B

dengan : S = grain size.

λ = panjang gelombang berkas sinar X.

B = FWHM (full width half maximum).

= besar sudut dari puncak dengan intensitas tinggi.

Gambar 2.14. XRD (X-Ray Difraction)

33

Prosedur Pelaksanaan menggunakan XRD sebagai berikut:

1. Menyalakan travo (berada di bawah jendela)

2. Menyalakan saklar otomatis ke atas di ruang sebelah (tombol ke-3 paling

kanan)

3. Menyalakan air sehingga tekanan air menunjukkan 2,6 - 2,8 atm.

4. Menaikkan voltage (berada di tembok)

5. Memasang steker PW-control dibelakang bawah meja PC

6. Memasang Nagoya Stabilisator (berada di belakang pintu).

7. Menyalakan komputer PC

8. Menyalakan XRD (tombol merah putih), tunggu sampai terdengar bunyi

klik yang cukup keras.

9. Menaikkan arus dan voltage bergantian. Biasanya menaikkan 2 kali arus

satu kali volt. Tunggu sebentar baru menaikkan lagi hingga dicapai 40 mA

dan 35 kV.

10. Memasang spesimen pada sample holder dan letakkan pada penjepit

spesimen di goniometer.

11. Pengaturan PC

a. Tekan tombol untuk mulai

b. System preparation

c. System parameter untuk mencari directory dan file

d. Utilities

e. Difraktometer commands. Enter muncul C

f. Ketik par, maka akan muncul data parameter

g. Sesuaikan data dengan data di belakang buku biru

h. Esc.

12. Mengedit pilih program (identity program) tentukan program sesuai

keper1uan misalnya theta dari sudut 10 s/d 70. Sudut theta 5.020 sudut

theta maksimum 160.020

13. Data colection. Identity Measurement

14. Memasang shutter dengan memutar tombol 4 ke penunjuk tak terhingga,

tekan tombol 4 yang berwama merah.

34

15. Menekan F1 untuk memulai pengukuran.

16. Untuk melihat pola yang terjadi selarna pengukuran tekan Data

ColIection, Display Scan dan akan terlihat pola tersebut pada layar

monitor.

17. Setelah pengukuran selesai mematikan shutter dengan memutar tombol 4

ke penunjuk nol

18. Peak hasil XRD dapat dicari dengan melihat peak search.

19. Pola XRD dapat dihaluskan dengan smooth data.

20. Mencatat pemakaian peralatan XRD ini pada buku biru.

2.4.3 PSA (Particle Size Analyzer)

Ada beberapa cara yang bisa digunakan untuk mengetahui ukuran suatu

partikel yaitu:

1. Metode ayakan (Sieve analyses)

2. Laser Diffraction (LAS)

3. Metode sedimentasi

4. Electronical Zone Sensing (EZS)

5. Analisa gambar (mikrografi)

6. Metode kromatografi

7. Ukuran aerosol submikron dan perhitungan

Sieve analyses (analisis ayakan) dalam dunia farmasi sering kali digunakan

dalam bidang mikromeritik. Yaitu ilmu yang mempelajari tentang ilmu dan

teknologi partikel kecil. Metode yang paling umum digunakan adalah analisa

gambar (mikrografi). Metode ini meliputi metode mikroskopi dan metode

holografi. Alat yang sering digunakan biasanya SEM, TEM dan AFM. Namun

seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan yang lebih mengarah ke era

nanoteknologi, para peneliti mulai menggunakan Laser Diffraction (LAS). Metode

ini dinilai lebih akurat untuk bila dibandingkan dengan metode analisa gambar

maupun metode ayakan (sieve analyses), terutama untuk sample-sampel dalam

orde nanometer maupun submikron. (Lusi, 2011)

35

Contoh alat yang menggunakan metode LAS adalah particle size analyzer

(PSA). Metode LAS bisa dibagi dalam dua metode:

1. Metode basah: metode ini menggunakan media pendispersi untuk

mendispersikan material uji.

2. Metode kering: metode ini memanfaatkan udara atau aliran udara untuk

melarutkan partikel dan membawanya ke sensing zone. Metode ini baik

digunakan untuk ukuran yang kasar, dimana hubungan antarpartikel lemah

dan kemungkinan untuk beraglomerasi kecil.

Keunggulan penggunaan Particle Size Analyzer (PSA) untuk mengetahui

ukuran partikel:

1) Lebih akurat. Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA lebih akurat

jika dibandingkan dengan pengukuran partikel dengan alat lain seperti XRD

ataupun SEM. Hal ini dikarenakan partikel didispersikan ke dalam media

sehingga ukuran partikel yang terukur adalah ukuran dari single particle.

2) Hasil pengukuran dalam bentuk distribusi, sehingga dapat menggambarkan

keseluruhan kondisi sample.

3) Rentang pengukuran dari 0,6 nanometer hingga 7 mikrometer.

Gambar 2.15. Instrumentasi PSA

35










ukuran partikel:









35










ukuran partikel:









36

Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA biasanya menggunakan

metode basah. Metode ini dinilai lebih akurat jika dibandingkan dengan metode

kering ataupun pengukuran partikel dengan metode ayakan dan analisa gambar.

Terutama untuk sampel-sampel dalam orde nanometer dan submicron yang

biasanya memliki kecenderungan aglomerasi yang tinggi. Hal ini dikarenakan

partikel didispersikan ke dalam media sehingga partikel tidak saling

beraglomerasi (menggumpal). Dengan demikian ukuran partikel yang terukur

adalah ukuran dari single particle. Selain itu hasil pengukuran dalam bentuk

distribusi, sehingga hasil pengukuran dapat diasumsikan sudah menggambarkan

keseluruhan kondisi sampel. Beberapa analisa yang dilakukan, antara lain:

1) Menganalisa ukuran partikel.

2) Menganalisa nilai zeta potensial dari suatu larutan sample

3) Mengukur tegangan permukaan dari partikel clay bagi industri keramik dan

sejenisnya. Dimana hal ini akan berpengaruh pada struktur lapisan clay.

Struktur lapisan clay ini sangat berpengaruh pada metode slip casting.

4) Mengetahui zeta potensial coagulant untuk proses coagulasi partikel

pengotor bagi industri WTP (Water Treatment Plant)

5) Mengetahui ukuran partikel tegangan permukaan dari densitas pada emulsi

yang digunakan pada produk-produk industri beverage. (Nanortim, 2010)

2.4.4 XRF ( X-Ray Fluorescence )

XRF merupakan alat yang digunakan untuk menganalisis komposisi kimia

beserta konsentrasi unsur-unsur yang terkandung dalam suatu sample dengan

menggunakan metode spektrometri. XRF umumnya digunakan untuk menganalisa

unsur dalam mineral atau batuan. Analisis unsur di lakukan secara kualitatif

maupun kuantitatif. Analisis kualitatif dilakukan untuk menganalisi jenis unsur

yang terkandung dalam bahan dan analisis kuantitatif dilakukan untuk

menentukan konsentrasi unsur dalam bahan. Metode XRF secara luas digunakan

untuk menentukan komposisi unsur suatu material. Karena metode ini cepat dan

tidak merusak sampel, metode ini dipilih untuk aplikasi di lapangan dan industri

untuk kontrol material. Tergantung pada penggunaannya, XRF dapat dihasilkan

37

tidak hanya oleh sinar-X tetapi juga sumber eksitasi primer yang lain seperti

partikel alfa, proton atau sumber elektron dengan energi yang tinggi.

2.4.4.1 Prinsip dasar XRF ( X-Ray Fluorescence )

Apabila terjadi eksitasi sinar-X primer yang berasal dari tabung X- ray

atau sumber radioaktif mengenai sampel, sinar-X dapat diabsorpsi atau

dihamburkan oleh material. Proses dimana sinar-X diabsorpsi oleh atom dengan

mentransfer energinya pada elektron yang terdapat pada kulit yang lebih dalam

disebut efek fotolistrik. Selama proses ini, bila sinar-X primer memiliki cukup

energi, elektron pindah dari kulit yang di dalam menimbulkan kekosongan.

Kekosongan ini menghasilkan keadaan atom yang tidak stabil. Apabila atom

kembali pada keadaan stabil, elektron dari kulit luar pindah ke kulit yang lebih

dalam dan proses ini menghasilkan energi sinar-X yang tertentu dan berbeda

antara dua energi ikatan pada kulit tersebut. Emisi sinar-X dihasilkan dari proses

yang disebut X Ray Fluorescence (XRF). Proses deteksi dan analisa emisi sinar-X

disebut analisa XRF. Pada umumnya kulit K dan L terlibat pada deteksi XRF.

Sehingga sering terdapat istilah Kα dan Kβ serta Lα dan Lβ pada XRF. Jenis

spektrum X- ray dari sampel yang diradiasi akan menggambarkan puncak-puncak

pada intensitas yang berbeda.

Gambar 2.16.Transisi Elektron

38

Gambar 2.17. Prinsip pengukuran dengan XRF

(Indah. 2011).

2.4.4.2 Jenis XRF

Jenis XRF yang pertama adalah WDXRF (Wavelength-dispersive X-ray

Fluorescence) dimana dispersi sinar-X didapat dari difraksi dengan menggunakan

analyzer yang berupa cristal yang berperan sebagai grid. Kisi kristal yang spesifik

memilih panjang gelombang yang sesuai dengan hukum bragg.

Dengan menggunakan WDXRF spektrometer :

1. aplikasinya luas dan beragam.

2. Kondisi pengukuran yang optimal dari tiap – tiap elemen dapat

diprogram.

3. Analisa yang sangat bagus untuk elemen berat.

4. Sensitivitas yang sangat tinggi dan limit deteksi yang sangat rendah

39

Jenis XRF yang kedua adalah EDXRF. EDXRF (Energy-dispersive X-ray

Fluorescence) spektrometri bekerja tanpa menggunakan kristal, namun

menggunakan software yang mengatur seluruh radiasi dari sampel kedetektor.

Radiasi Emisi dari sample yang dikenai sinar-X akan langsung ditangkap oleh

detektor. Detektor menangkap foton – foton tersebut dan dikonversikan menjadi

impuls elektrik. Amplitudo dari impuls elektrik tersebut bersesuaian dengan

energi dari foton – foton yang diterima detektor. Impuls kemudian menuju sebuah

perangkat yang dinamakan MCA (Multi-Channel Analyzer) yang akan

memproses impuls tersebut. Sehingga akan terbaca dalam memori komputer

sebagai channel. Channel tersebut yang akan memberikan nilai spesifik terhadap

sampel yang dianalisa. Pada XRF jenis ini, membutuhkan biaya yang relatif

rendah, namun keakuratan berkurang.

2.4.4.3 Aplikasi XRF

X-Ray fluoresensi digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk penelitian

dalam petrologi batuan beku, sedimen, dan metamorf tanah survei pertambangan

(misalnya, mengukur nilai kadar) produksi semen keramik dan kaca manufaktur

metalurgi (misalnya, kualitas kontrol) kajian lingkungan (misalnya, analisis

partikel pada filter udara). Industri minyak bumi (misalnya kandungan sulfur dari

minyak mentah dan produk minyak bumi) bidang analisis dalam studi geologi dan

lingkungan (menggunakan portabel, genggam spektrometer XRF) X-Ray

fluoresensi sangat cocok untuk penyelidikan yang melibatkan massal kimia

analisis unsur mayor (Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, P) dalam batuan dan

sedimen massal kimia analisis unsur jejak (dalam kelimpahan > 1 ppm; Ba, Ce,

Co, Cr, Cu, Ga, La, Nb, Ni, Rb, Sc, Sr, Rh, U, V, Y, Zr, Zn) dalam batuan dan

sedimen - deteksi batas elemen biasanya di urutan beberapa bagian per juta

Fluoresensi sinar-X terbatas pada analisis sampel yang relatif besar, biasanya > 1

gram bahan yang dapat dipersiapkan dalam bentuk bubuk dan efektif

dihomogenisasi bahan yang komposisinya mirip, standar baik ditandai tersedia

bahan yang mengandung kelimpahan tinggi elemen yang penyerapan dan efek

fluoresensi yang cukup dipahami dengan baik.

40

2.4.4.4 Kelebihan dan kelemahan XRF

Keunggulan XRF :

1. Mudah digunakan dan Sample dapat berupa padat, bubuk (butiran) dan

cairan

2. Tidak merusak sample (Non Destructive Test), sample utuh dan analisa

dapat dilakukan berulang-ulang

3. Banyak unsur dapat dianalisa sekaligus (Na- U)

4. Konsentrasi dari ppm hingga 100%

5. Hasil keluar dalam beberapa detik (hingga beberapa menit, tergantung

aplikasi)

6. Menjadi metoda analisa unsur standar dengan banyaknya metoda analisa

ISO dan ASTM yang mengacu pada analisa XRF

Kelemahan XRF :

Tidak dapat mengetahui senyawa apa yang dibentuk oleh unsur-unsur

yang terkandung dalam material yang akan kita teliti. (Wahyu,2011)

Documents

Bab 2 Nanopartikel