GARl S-GARl S KARAKTERl STI K PADA PENEMBAKAN LOGAM ALDENGAN LASER EXClMER KRlPTON-FLUOR

Djoko S. Pudjorahardjo

Pusal Penelitian Nuklir Yogya~arla

ABSTRAK

Pengamalan yang dilakukan terhadap speklrum emisiplasma induksi laser pada penembakan logam Al dengan laserexcimer KrF CA = 248 nm, E = 4 J/cm2) menunjukkan adanyagar is-gar is AlCI) dan AlCIII) dengan inlensi Las yang kualakibat lransisi alom-alom dan ion-ion Al dari keadaan eksi­tasi ke keadaan dasar. Oi samping ilu lerdapal jugaspektrum malar akibal rekombinasi dan bremsslrahlung.

ABSTRACT

Observation of emission spectra of laser induced plasmaduring shooting of Al melal using KrF excimer laser C'A =2248 nm, E = 4 J/cm) shows lhal t.here are AlCl) and AlClll)lines wilh strong inlensily due to Al atoms and ions lransi­ti on from exci lali on slale lo ground stale. There is alsocontinuous speclrum due lo recombinalion and bremsstahlung.

I. PENDAHULUAN

Speklroskopi emisi plasma induksi laser merupakan salah

sat-u met-ode unt-uk analisis bahan padal. Melode ini ber-

dasarkan pada pengamatan garis-garis karaklerislik pada

emisi plasma induksi yang limbul karena penembakan laser

pulsa pada bahan padal. Garis-gar~s ini sifalnya khas unluk

seliap jenis unsur, sehingga dari garis karaklerislik ini

dapal dikelahui kandungan unsur pada bahan lersebul. (1} Di

samping ilu plasma induksi dapal merupakan sumber ion yang

sangal berguna unluk mempelajari kebolehjadian lransisi alom

pada bahan lersebul. (2) Ion-ion ini lerbenluk karena ion­

isasi pada bahan yang menyerap tenaga dari laser pulsa. Se­

lain garis-garis karakteristik lerdapat juga speklrum malar

yang limbul(3)

slrahl ung.

karena peristiwa

23

rekombi nasi dan brems-

24

Pada kesempalan ini ditunjukkan garis-garis karak­

teristik ion logam Al yang teramati pada penembakan logam Al

dengan laser exeimer KrF CA = 248 nm). Laser exeimer adalah

jenis laser gas yang beroperasi seeara pulsa pada daerah

panjang gelombang ultraviolel. Medi urn aktif' 1aser exei mer

terdiri dari eampuran gas mulia Cmisal Kr. Xe. Ar). gas

halogen Cmi sal F, Cl , Br) dan gas penyangga Cmi sal He.2 2 2

Ne) dengan lekanan lotal kira-kira 1.5 sampai 4 bar. (4)

II. TATA KERJA DAN PERCOBAAN

Susunan peralatan pada pengamatan ini ditunjukkan

secara skema pada gambar 1. Laser excimer KrF CA = 248 nm)

buatan Lamda Physik tipe EMG 102 dioperasikan pada f'rekuensi

ulangan 1 Hz. tenaga pulsa 100 mJ dan lebar pulsa kira-kira

20 ns. Radiasi laser dif'okuskan pada euplikan logam Al

dengan menggunakan lensa L • sehingga diperoleh rapat tenaga1laser sebesar 4 J/em2 pada cuplikan tersebul.

LASER

EXCIMER

s

M

MONOCHR

o s c

HV

Gambar 1. Peralalan spektroskopi plasma induksi laser

M = eermin; L dan L = lensa konvergen;1 2S = sampel; Monoehr = monokromator kisi Jobin

Yvon H 25PMT = tabung pengganda f'oton PPI 50BHV = sumber tegangan tinggi

OSC = osiloskop digital HP 5402A

25

Dengan lensa L emisi plasma induksi diarahkan sedemikianzrupa sehingga bayangan jatuh pada celah masukan monokromator

kisi Jobin ¥von H 25. Pada celah keluaran monokromator ini

dipasang tabung pengganda foto CPM1J buatan RCA tipe PPI 50

B sebagai detekt.or. Warta keluaran yang dihasilkan di­

tampilkan pada layar osiloskop digit.al HP 5402A. Osiloskop

ini dapat diprogram sedemikian sehingga wart.a yang dit.ampil­

kan merupakan rat.a-rat.adari sejumlah pulsa keluaran t.abung

pengganda fot.o. Set.iap 300 pulsa laser posisi cuplikan di­

geser untuk memperoleh t.it.ikpenembakan yang senant.iasa baru

salama pengamatan berlangsung.

III. HAS! L DAN PEMBAHASAN

Hasil pengamat.an yang t.elah dilakukan dit.unjukkan pada

gambar 2. Terlihat. ada t.iga garis karakt.erist.ik yang ter­

amat.i dengan int.ensit.asyang kuat. yait.u dua buah garis AlCl)

dan sebuah garis AlClII). Panjang gelombang garis-garis ka­

rakt.erist.ikini besert.a t.ransisinya t.erangkum dalam t.abel 1.

l(mV)

Alliin

-KrF

Al(t)AL(l)

2.50

Gambar 2. Spekt.rum emisi plasma induksi laser pada logam Al

1

V,1f r- S",

z

'Jtz

z

5,36 .5

P,P'IZ

Pz

6s

55

s~

lis

3s

II

25J

2'-

1

o

26

1

1D 'oJ/1 F;/z $/z I Iffd:t1 dZ f Vi:7

8

-lf7

7dz # Ycm S

odz tSfooo- .5

Sdz I/f·"- ),7)

- -)qZ

~I "dOl"",. "r:: ..,.

'b~

." 1soo01-Z.0J-ZSJJelz .

20000-

35000

110000

115000

50000

Gambar

Abu. 8. Nivcauschema des Aluminium I

Di agr am t-i l1gk at- t-el1aga Al(I) (5)

27

Tabel 1. Garis-garis karakleristik logam Al

Panjang gelombang Cnm)Transisi (!»Garis

teramatimenurut acuan

AlCI)

310309,33d 2D -2 2p2 3/2 Pj, 3/2

AlCIII)

361361,24 2p -3d 2DP2 3/2 2 3/2

AlC!)

397396,12S2S-2 2pj,/2 Pj, 3/2

Ada sediki l perbedaan antara nilai panjang gelombang yang

teramati dengan nilai panjang gelombang pada acuan 5. Bes ar

kemungkinan hal ini disebabkan oleh resolusi monokromator

yang kurang tinggi . Garis-garis karakteristik ini berasal

dari transisi atom Al netral dan ion Al dari keadaan eksi-

lasi ke keadaan dasar. lnleraksi radiasi ultraviolet laser

excimer dengan logam Al mengakibatkan terjadinya peristiwa

"photo ablation" yaitu terlemparnya partikel-partikel dari

permukaan logam Al setelah terjadi serapan lenaga laser ex-

ci mer. Partikel-partikel itu dapat berupa atom Al netral.

ion Al maupun elektron.

Lalar Cbackground) yang berupa spektrum malar berasal

dari rekombinasi dan bremsstrahlung. Rekombinasi yang ter-

jadi antara elektron dengan ion Al menghasilkan foton yaitu

+ - •Al + e ) Al + hv Cfoton)

Tenaga folon yang dihasilkan sama dengan selisih tenaga Al+•dengan t.enaga Al ditambah t.enaga kinet.ik elektron yaitu

Jadi pada peristiwa rekombinasi elektron yang semula dalam

keadaan bebas menjadi keadaan terikat. Oleh karena itu

di kenaI sebagai "free-bound emission". (3) Karena tenaga

28

kinelik eleklron lak tercalu, maka rekombinasi menghasilkan

speklrum malar. Bremsslrahlung adalah "free-free emission",

yailu pancaran tenaga akibal lumbukan elaslis anlara elek­

lron dengan ion Al alau anlara el eklron dengan alom AI.Dalam hal in1 juga dihasilkan speklrum malar.

Sel ain yang diser ap ada juga panj ang gelombang laser

yang dipanlulkan oleh permukaan logam AI. Hal ini lerbukli

dengan munculnya garis 248 nm yang cukup kual inlensilasnya

pada speklrum emisi yang diamali.

IV KESl MPULAN

Dari hasil pengamatan dapat disimpulkan bahwa pada

penembakan logam Al dengan laser excimel- KrF limbul garis­

garis karaklerislik AlCl) dan AlClIl) dengan inlensilas yang

kual di samping spektrum malar dari emisi plasma induksi

laser. Sebagai sualu melode analisis bahan padal, speklros­

kopi plasma induksi laser mudah untuk dilakukan. Agar hasil

analisis lebih akural diperlukan laser pulsa yang mempunyai

keslabilan linggi.

fJCAPAN TERIMA KASIH

Penelilian ini dilakukan dengan sponsor bank dunia

dal am rangk a Over seas Fell O\>lShip Progr am COFP) yang di­

koordinir oleh BPPT. Dalam kesempalan ini penulis sampaikan

ucapan lerima kasih kepada BATAN dan BPPT yang lelah mem­

berikan kesempalan kepada penulis sehingga dapal mengikuli

program ini di Republik Federal Jerman. fJcapan lerima kasih

ini juga kami sampaikan kepada Dr. K.-J. Schmaljko dan Dipl.

Phys. H. Durchholz dari KWU Erlangen, RFJ, alas bimbingannya

selama penelilian ini.

29

ACUAN

1. ISHlZUKA, T., UWA.\.fINO,Y., "Spect.rochimica Act.a 38B(3)",519, 1983.

2. SINHA,_B. K., J, "Appl. Phys. 52(8)", 5010, 19813. BEKEFI, G., "Principles of Laser Plasmas", John Wiley &

Sons, New York, 1976.4. PUMMER,H.• et. ai, "Laser und Opt.oelect.ronic 2", 141, 19855. D' Arts-Lax. "Taschenbuch fuer Chemiker und Physi ker", Band

III, Springer Verlag, Berlin, 1970

TANYA JAWAB

1. Pramudita Anggraita

- Apa arti AL(I) dan AL(III) ?- Hengapa intensitas AL(III) Lebih tinggi ?

JAWABAN

- AL(I) artinya atom AL netraL.

- Intensitas AL(III) Lebih tinggi karena keboLehjadian

transisi pada AL(III) yang tinggi.

2. R. Ginting

- Apakah dapat digunakan untuk anaLisis kuantitatip ?Apakah yang terjadi apabi La tidak m.enggunakan monokro­

mator ?

JAWABAN

Spektroskopi pLasma induksi Laser dapat digunakan untuk

anaLisis secara kuantitatif.

- BiLa tidak m.enggunakan monokromator kita tidak dapat

m.engetahui panjang geLombanggaris-garis karakterist ik

yang timbuL. Dengan kata Lain kita tidak dapatm.embuat

spektrum emisi yang timbuL dari pLasma induksi.

3. ILias Gint ing

Apa fungsi monokromator dan bagaimana perbedaannya

antara sumber Laser dan sinaI' x ?

30

.JAWABAN

1 Fu.ngsi monokromator adaLah u.ntu.h mengetahu.i panjang ge­

Lombang su.atu. sinal'. Su.atu. monohromator mempu.nyai ceLah

masu.han. dan ceLah keL1..taran. Sinal' pol. ihromat is yangm.a.su.k ke su.atu. monohromator ahan terpecah Cterl.1rai')

menjadi sinar-sinar morwkromat is akibat difrahsi oLeh

kisi yang ada daLam monokromator. Panjan8 geLombangsinal' monokroma tis yang he Ll.1ar meLaLl.11~eel. ah he Lu.aran

dapat terbaca pada monokromator.2 Perbedaan antara Laser dan sinal' x :

Su.mber Laser bekerja berdasar pada prin..s7~p emisi sti­mu.Lasi yang terjadi pada atom atau. moLeku.L.Sinar x tiniliu.L harena tra~..sisi eLektron di hu.Lit ba­

gian dal.alTt Ckl.1Li t }( dan L') u.ntu.k sinar x harakteris­

tik dan karena bremsstrahLu.ng u.ntl.1h sinal' x maLar.

3. Widdi Usada

Untu.h mendapathan 1 data/jenis spektru.m (misaLhan AL­CIII')}, diperLl.1kan berapa kaLi pu.7.sa Laser?

.JAWABAN

Untu.k mendapatkan 1 data diperLl.1han 16 p1.J.7.salaser ya7: t.1.J.

denean cara ncengatl.1r osi Los,l.zop sedemihian ru.pa sehingeadari setiap 16 pu.lsa Laser diperoLeh 1 harga rerata.