MAKALAH

“XRF (X-ray fluorescence spectrometry)”

Disusun untuk memenuhi tugas akhir mata kuliah Sains Kaca

Disusun oleh :

Vera Rizchi Cahyani Putri 4211410017

Muh. Gufron Faza 4211410016

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

TAHUN 2012

BAB I

PENDAHULUAN

Dewasa ini banyak sekali penelitian yang dilakukan untuk mengetahui

susunan dari sebuah bahan. Dari pengukuran density dan repractive index, kekerasan¸

termal, struktur, sifat optic, sifat magnetic, sampai komposisi. Banyak teknik yang

dilakukan dalam suatu penelitian, dan beragam bentuknya, tidak sama antar satu dengan

yang lainnya.

Dalam pengukuran kompisisi khususnya, dilakukan dengan metode

spektometri,. Alat yang digunakan dalam metode tersebut yakni XRF. alam penggunaan

alat-alat tersebut, para peneliti memanfaatkan pemancaran sinar-x dalam metode

penelitiannya. Mengapa sinar-x yang digunakan, Profesor Daniel Mittleman dari

Fakultas Teknik Elektrik dan Komputer Rice University memberi penjelasan detailnya.

Sinar-x merupakan bentuk radiasi elektromagnetik, seperti cahaya, radiasi inframerah,

gelombang mikro, dan gelombang radio. Namun dibanding jenis radiasi tersebut, sinar-

x lebih enerjik. Foton sinar-x seribu kali lebih enerjik dibanding foton cahaya tampak.

Terakhir, mesin yang mengakselerasi elektron dalam orbit lingkaran dapat

menghasilkan sinar-x. Ketika elektron berputar, elektron ini memancarkan sinar-x kuat.

Nah itu tadi adalah pengetahuan awal dari makalah yang akan kita bahas pada kali ini.

Pemancaran Sinar-x akan digunakan dalam alat yang dinamakan XRF (X-Ray

Flourencenses). Kali ini akan dibahas lebih mendetail tentang, apa pengertian XRF dan

bagaimana prinsip kerjanya terhadap pengukuran kaca, apa kelebihan dan kekurangan

XRF, apa saja aplikasi dari XRF serta beberapa contoh hasil dari pengukuran

menggunakan XRF.

Gambar 1. X-Ray Flourenceses

BAB II

PENGERTIAN XRF

X-ray fluorescence (XRF)

spektrometer adalah suatu alat x-ray

digunakan untuk rutin, yang relatif

non-destruktif analisis kimia batuan,

mineral, sedimen dan cairan. Ia bekerja

pada panjang gelombang-dispersif

spektroskopi prinsip yang mirip

dengan microprobe elektron.

Namun, XRF umumnya tidak dapat

membuat analisis di spot ukuran kecil khas pekerjaan EPMA (2-5 mikron), sehingga

biasanya digunakan untuk analisis sebagian besar fraksi lebih besar dari bahan geologi.

Biaya kemudahan dan rendah relatif persiapan sampel, dan stabilitas dan kemudahan

penggunaan x-ray spektrometer membuat salah satu metode yang paling banyak digunakan

untuk analisis unsur utama dan jejak di batuan, mineral, dan sedimen.

PRINSIP DASAR X-RAY FLUORESENSI (XRF)

Dasar analisis alat X-Ray Fluorescent ini adalah pencacahan sinar x yang

dipancarkan oleh suatu unsur akibat pengisian kembali kekosongan elektron pada orbital

yang lebih dekat dengan inti (karena terjadinya eksitasi elektron) oleh elektron yang terletak

pada orbital yang lebih luar.

Ketika sinar x yang berasal dari radioisotop sumber eksitasi menabrak elektron dan

akan mengeluarkan elektron kulit dalam, maka akan terjadi kekosongan pada kulit itu.

Elektron dari kulit yang lebih tinggi akan mengisi kekosongan itu. Perbedaan energi dari dua

kulit itu akan tampil sebagai sinar X yang dipancarkan oleh atom. Spektrum sinar X selama

proses tersebut menunjukan peak/puncak yang karakteristik, dimana setiap unsur akan

menunjukkan peak yang karakteristik yang merupakan landasan dari uji kualitatif untuk

unsur-unsur yang ada dalam sampel.

Tahap 1 :

Ketika photon X-Ray memiliki energy yang cukup untuk menabrak atom,  ini menyebabkan

electron terlepas dari kulitnya (dalam hal ini Kulit K)

Tahap 2:

Atom akan mengisi kekosongan pada kulit K dengan electron dari kulit L; sebagai

penurunan electron ke tingkat energy rendah dan melepaskan energy yang disebut K alfa X-

Ray.

Tahap 3:

Atom mengisi kekosongan kulit K dengan electron dari kulit M, sebagai penurunan electron

ke tingkat energy rendah, dan melepaskan energy yang disebut K betha X-ray.

Gambar 2. Prinsip Dasar XRF

CARA KERJA XRF

Analisis unsur-unsur utama dan jejak dalam bahan geologi oleh XRF dimungkinkan

oleh perilaku atom ketika mereka berinteraksi dengan X-radiasi. Sebuah spektrometer XRF

bekerja karena jika sampel diterangi oleh sinar-X intens beam, yang dikenal sebagai balok

insiden, sebagian energi yang tersebar, tetapi beberapa juga diserap dalam sampel dengan

cara yang tergantung pada kimia nya. Insiden X-ray beam biasanya dihasilkan dari target

Rh, meskipun W, Mo, Cr dan lain-lain juga dapat digunakan, tergantung pada aplikasi.

Saat ini sinar X-ray utama menerangi sampel, dikatakan bersemangat. Sampel

bersemangat pada gilirannya memancarkan sinar-X sepanjang spektrum panjang gelombang

karakteristik dari jenis atom hadir dalam sampel. Bagaimana ini terjadi? Atom-atom dalam

sampel menyerap sinar-X energi pengion, elektron mendepak dari tingkat energi rendah

(biasanya K dan L). Para elektron dikeluarkan diganti oleh elektron dari, energi luar orbit

yang lebih tinggi. Ketika ini terjadi, energi dilepaskan karena energi yang mengikat

penurunan orbital elektron dalam dibandingkan dengan yang luar. Hal ini melepaskan energi

dalam bentuk emisi karakteristik sinar-X menunjukkan atom jenis ini. Jika sampel memiliki

unsur-unsur yang hadir, seperti yang khas untuk kebanyakan mineral dan batuan,

penggunaan Spektrometer dispersif Panjang gelombang seperti bahwa dalam EPMA

memungkinkan pemisahan spektrum yang dipancarkan sinar-X yang kompleks ke dalam

panjang gelombang karakteristik untuk masing-masing elemen ini. Berbagai jenis detektor

(aliran gas proporsional dan kilau) digunakan untuk mengukur intensitas sinar yang

dipancarkan. Penghitung aliran yang biasa digunakan untuk mengukur gelombang panjang

(> 0,15 nm) sinar-X yang khas dari spektrum K dari unsur yang lebih ringan daripada Zn.

Detektor sintilasi umumnya digunakan untuk menganalisis panjang gelombang lebih pendek

dalam spektrum sinar-X (K spektrum elemen dari Nb ke I; L spektrum Th dan U). X-ray

dari panjang gelombang menengah (K spektrum yang dihasilkan dari Zn untuk Zr dan L

spektrum dari Ba dan unsur tanah jarang) umumnya diukur dengan menggunakan kedua

detektor bersama-sama. Intensitas energi yang diukur oleh detektor sebanding dengan

kelimpahan elemen dalam sampel. Nilai yang tepat dari proporsionalitas ini untuk setiap

elemen diperoleh dengan perbandingan standar mineral atau batuan dengan komposisi yang

diketahui dari analisis sebelumnya dengan teknik lain.

BOX DIAGRAM DARI XRF :

·         Gambar 3. Box Diagram Dari X-Ray Source (Tabung Sinar-X)

Electron energy tinggi ditembakkan pada anoda (biasanya terbuat dari Ag atau Rh). Energy

eksitasi dapat bervariasi dari 15-50 kV dan arusnya 1-200 µA.

·         Silicon Drift Detector (SDD) and digital pulse processor

Energy dispersive, multi channel analyzer tidak monokromatik , inilah yang diperlukan.

Energy foton dalam keV adalah terkait dengan jenis elemen. Tingkat emisi (cps)

berhubungan dengan konsentrasi unsur.

·         Perangkat lunak analyzer mengkonversi data spectral untuk pembacaan hasil secara

langsung.

Konsentrasi unsur ditentukan dari data kalibrasi pabrik, ketebalan sampel seperti yang

diperkirakan dari sumber backscatter , dan parameter lainnya.

JENIS – 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 (PANalytical, 2009).

Keuntungan menggunakan WDXRF spektrometer (PANalytical, 2009):

·      Aplikasinya luas dan beragam.

·      Kondisi pengukuran yang optimal dari tiap – tiap elemen dapat diprogram.

·      Analisa yang sangat bagus untuk elemen berat.

·      Sensitivitas yang sangat tinggi dan limit deteksi yang sangat rendah

Gambar berikut menggambarkan prinsip kerja WDXRF(Gosseau,2009.)

Gambar 4. Ilustrasi Prinsip Kerja WDXRF

Sampel yang terkena radiasi sinar-X akan mengemisikan radiasi ke segala arah.

Radiasi dengan dengan arah yang spesifik yang dapat mencapai colimator. Sehingga refleksi

sinar radiasi dari kristal ke detektor akan memberikan sudut θ. Sudut ini akan terbentuk jika,

panjang gelombang yang diradiasikan sesuai dengan sudut θ dan sudut 2θ dari kisi kristal.

Maka hanya panjang gelombang yang sesuai akan terukur oleh detektor. Karena sudut

refleksi spesifik bergantung panjang gelombang, maka untuk pengukuran elemen yang

berbeda, perlu dilakukan pengaturan posisi colimator, kristal serta detektor (Gosseau,2009).

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 (PANalytical, 2009). 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 kurang. (Gosseau,2009).

Gambar berikut mengilustrasikan prinsip kerja EDXRF (Gosseau,2009):

Gambar 5. Ilustrasi prinsip kerja EDXRF

KELEBIHAN DAN KEKURANGAN XRF

Setiap teknik analisa memiliki kelebihan serta kekurangan, beberapa kelebihan

dari XRF :

·   Cukup mudah, murah dan analisanya cepat

·   Jangkauan elemen Hasil analisa akurat

·  Membutuhan sedikit sampel pada tahap preparasinya(untuk Trace elemen)

·   Dapat digunakan untuk analisa elemen mayor (Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K,

P) maupun tace elemen (>1 ppm; Ba, Ce, Co, Cr, Cu, Ga, La, Nb, Ni, Rb, Sc, Sr,

Rh, U, V, Y, Zr, Zn)

·   Akurasi yang tinggi

·   Dapat menentukan unsur dalam material tanpa adanya standar

·   Dapat menentukan kandungan mineral dalam bahan biologik maupun dalam tubuh

secara langsung

Beberapa kekurangan dari XRF :

·  Tidak cocok untuk analisa element yang ringan seperti H dan He

·  Analisa sampel cair membutuhkan Volume  gas helium yang cukup besar

·  Preparasi sampel biasanya membutuhkan waktu yang cukup lama dan

memebutuhkan perlakuan yang banyak

. Tidak dapat mengetahui senyawa apa yang dibentuk oleh unsur-unsur yang

terkandung dalam material yang akan kita teliti. 

·  Tidak dapat menentukan struktur dari atom yang membentuk material itu.

APLIKASI

X-Ray fluoresensi digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk

penelitian di petrologi beku, sedimen, dan metamorf

survei tanah

pertambangan (misalnya, mengukur nilai dari bijih)

produksi semen

keramik dan kaca manufaktur

metalurgi (misalnya, kontrol kualitas)

lingkungan studi (misalnya, analisis partikel pada filter udara)

minyak industri (misalnya, kandungan sulfur minyak mentah dan produk

minyak bumi)

bidang analisis dalam studi geologi dan lingkungan (menggunakan portabel,

tangan memegang spektrometer XRF)

X-Ray fluoresensi sangat cocok untuk penyelidikan yang melibatkan

massal kimia analisis elemen utama (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) di batuan dan sedimen -

batas deteksi untuk elemen biasanya pada urutan beberapa bagian per juta

Fluoresensi sinar-X terbatas pada analisis

relatif besar sampel, 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 unsur-unsur yang penyerapan dan

efek fluoresensi yang cukup dipahami dengan baik

Dalam kebanyakan kasus untuk batuan, bijih, sedimen dan mineral, sampel tanah

untuk menjadi bubuk halus. Pada titik ini dapat dianalisis secara langsung, terutama dalam

hal analisis elemen jejak. Namun, rentang yang sangat luas dalam kelimpahan unsur yang

berbeda, terutama besi, dan berbagai ukuran butir dalam sampel bubuk, membuat

perbandingan proporsionalitas dengan standar sangat merepotkan. Untuk alasan ini, adalah

praktek umum untuk mencampur sampel bubuk dengan fluks kimia dan menggunakan

tungku atau kompor gas untuk mencairkan sampel bubuk. Mencair menciptakan glass

homogen yang dapat dianalisis dan kelimpahan (sekarang agak diencerkan) elemen dihitung.

CONTOH KURVA HASIL PENGUKURAN MENGGUNAKAN XRF

  

Gambar 6. Contoh kurva hubungan energy unsure terhadap intesitas paduan U-Zr

Gambar 7. Contoh Spektrum hubungan energi dengan intensitas paduan AlMgSi1

Gambar 8. Karakteristik spectrum sinar-X yang dihasilkan dari penyinaran irisan gigi

dentin manusia oleh sumber 109Cd.

Gambar 9 (a)

Gambar 9 (b)

Gambar 9 (a)(b). Contoh Hasil Pengukuran Pada XRF

(c)

Gambar 9 (a)(b)(c). Contoh Hasil Pengukuran Pada Kaca Silika menggunakan XRF

Gambar 10. Contoh Hasil Pengukuran Pada kaca Silika menggunakan EDAX

Gambar 11. Contoh Hail Pengukuran XRF pada Kaca Silika

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

Pada makalah ini dapat disimpulkan bahwa,

1. XRF (X-ray fluorescence spectrometry) digunakan untuk identifikasi serta penentuan

konsentrasi elemen yang ada pada padatan, bubuk ataupun sample cair.

2. Prinsip Dasar analisis alat XRF (X-ray fluorescence spectrometry) ini adalah

pencacahan Sinar-X yang dipancarkan oleh suatu unsur akibat pengisian kembali

kekosongan elektron pada orbital yang lebih dekat dengan inti.

3. Terdapat dua jenis XRF , WDXRF (Wavelength-dispersive X-ray Fluorescence)

dan EDXRF. EDXRF (Energy-dispersive X-ray Fluorescence) .

4. X-Ray Fluorescent Spectroscocy (XRF) mempunyai banyak keuntungannya yaitu

analisis tidak merusak, cepat, multi elemen dan murah.

5. X-Ray Fluorescent Spectroscocy (XRF digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk

keramik dan kaca manufaktur

DAFTAR PUSTAKA

Scott Ryland.XRF and SEM analysis of glass.Florida Dept. of Law Enforcement

Masrukan, Dian Anggraini dan Rosika. Vol. 13 No. 3 Juli 2007: 99 -146. Studi Komparasi

Hasil Analisis Komposisi Paduan Almgsi1 Dengan Menggunakan Teknik X Ray

Fluorocency (Xrf) Dan Emission Spectroscoy .Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir,

BATAN. Kawasan Puspiptek Serpoong, Tangerang.

Masrukan dan Rosika. Vol. 14 No. 1 Tahun 2008: 1-48. Perbandingan Hasil Analisis Bahan

Bakar U-Zr dengan Menggunakan Teknik XRF dan SSA. Pusat Teknologi Bahan Bakar

Nuklir, BATAN. Kawasan Puspiptek Serpoong, Tangerang.

http://arindharenipramesti.blogspot.com. 3 Januari 2012-19.54.

http://anekakimia.blogspot.com. 4 Januari 2012-15.43

http://www.uniquant.com/applications/glass.html 3 Januari 2012-13.59

http://teaf.fiu.edu/Training_Downloads/Module%204d_SEM%20and%20XRF.pdf 5

Januari 2012-15.30

http://www.glass-ts.com/pdfs/xrf.pdf 6 Januari 2012-19.07.

http://www.icdd.com/resources/axa/vol42/V42_19a.pdf 6 Januari 2012-22.57.

LAMPIRAN