Dokumen tersebut membahas analisis kualitatif dan kuantitatif data hasil difraksi sinar-X untuk mengidentifikasi dan menentukan komposisi fasa pada suatu sampel, dengan menggunakan perangkat lunak seperti APD, Bella, GSAS, dan basis data ICDD.

1. Difraksisinar X Dr. ErfanHandoko, M.Si Sesion #08-09 JurusanFisika FakultasMatematikadanIlmuPengetahuanAlam

2. © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 2 Pengolahan Data difraksi sinar-X Identifikasi Fasa Metode Rietveld Metode GSAS 07/01/2011

3. © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 3 PENGOLAHAN DATA DIFRAKSI 07/01/2011

4. PENDAHULUAN XRD merupakansebuahmetodeanalitik yang mampumemberikaninformasikualitatifdankuantitatiftentangcampuran yang berisfatkristal (ataufasa) yang terdapatdalamsuatuzatpadat Sebagaicontoh, Teknik XRD inidapatdigunakanuntukmenganalisisberapapersenZnOdan Al2O3 yang terdapatdalamsatucampuran, sedangkanteknikanalisis yang lain hanyabisamemberikanpersentasedari Zn, Al, dan O yang terdapatdalamcampuran 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 4

5. Penggunaanmetodedifraksiinididasariolehbeberapahalsebagaiberikut: Posisipuncakdifraksimemberikangambarantentang parameter kisi (a), jarakantarbidang (dhkl), strukturkristaldanorientasidariselsatuan (dhkl) strukturkristaldanorientasidariselsatuan. Intensitasrelatifpuncakdifraksimemberikangambarantentangposisi atom dalamselsatuan. Bentukpuncakdifraksimemberikangambarantentangukurankristaldanketidaksempurnaankisi. dhkldikelompokkandalambeberapagrup, denganintensitasrelatif paling tinggipertamadisebut d1, kedua d2, ketiga d3danseterusnya. 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 5

6. Analisiskomposisididasariolehfaktabahwapoladifraksisinar-x bersifatunikuntukmasing-masing material yang bersifatkristal jikaterjadikecocokanantarapoladari material yang belumdiketahuidenganpoladari material asli (authentic) makaidentitaskimiadari material yang belumdiketahuitersebutdapatdiperkirakan ICDD (International Center for Diffraction Data) database poladiffraksiserbuk (powder diffraction) Fitting 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 6

7. Untuk material yang bersifatcampuran, makapola XRD yang dihasilkanmerupakanpenjumlahandarimasing-masing material (fasa). Olehkarenaitu, poladifraksidarifasatunggaldapatdigunakanuntukmenidentifikasifasaapasaja yang terdapatdalamsuatucampuran 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 7

8. Konsentrasidarifasakristaldapatdiperolehdenganmenggunakanmetode yang berdasarpadaperbandinganintensitasdaripuncakdifraksidengan data standar persamaan Klug I1 mix dan I1 pure adalahintensitasdarifasacampurandanfasamurni A1 dan A2adalahbesarnyakoefisienabsorpsidarimasing-masingfasa 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 8

9. Jikastrukturkristaldarisuatufasadiketahuimakakonsentrasidarimasing-masingfasadapatdiketahuidenganmenggunakanmetodeanalisisRietvield DalamanalisisRietveld, poladifraksiteoritisdihitung, danperbedaanantarapolateoritisdanobservasidiminimalkan XRD mempunyaibatasdeteksiyaitu 0.1wt% sampai 1wt%, jadikonsentrasifasa yang munculdibawahbatasinitidakdapatdideteksioleh XRD fasa amorphous tidakdapatdiukurlangsung, tetapikehadiranmerekadapatdihitungsecarakuantitatifdenganmembandingkanpolatersebutdenganpolastandar yang diketahuitidakmengandungfasaamorf. 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 9

10. SOFTWARE UNTUK ANALISIS KUALITATIF & KUANTITATIF APD (Automated Powder Diffraction) APD merupakansebuah software yang dapatdigunakanuntukmengkonversi file .RD agar dapatdiolahlebihlanjutdalamanalisiskualitatifdankuantitatif Tampilan menu utama yang adadidalam program APD 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 10

11. Bella V.2 Bella merupakansebuah software yang dapatdigunakanuntukmembuat file input untuk program GSAS. Software inidibuatoleh Muhammad Hikam 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 11

12. ICDD (The International Centre for Diffraction Data) ICDD merupakansebuahorganisasi non-profit yang bertujuanuntukmengumpulkan, mengedit, menerbitkan, danmendistribusikan data difraksiserbukuntukmengidentifikasi material kristalin Denganmenggunakan database ICDD inikitadapatmelakukananalisiskualitatifuntukmengetahuifasaapasaja yang terdapatdalamsuatu material denganmenggunakan data 2θ ataudspacingyang diperolehdarihasildifraksisinar-X 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 12

13. Data hasildifraksi yang diperolehdikumpulkandalambentukkartudengantampilansebagaiberikut 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 13

15. Nama Kimia ataurumus Kimia

16. Three strongest lines07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 14

17. Apabilajenis material diketahui (ataudapatdiduga) retrieve dengan option rumus/nama Kimia cocokkan semua data I vs D data yang tidakcocokdapatberupa impurity Apabilajenis material tidakdiketahui retrieve dengan option “three strongest lines” komputerakanmendisplaysemuakemungkinanbahan, dapatmencapai 50 masukan seleksi yang “reasonable” ada cocokkanharga-harga I vs. d yang lain 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 15

18. GSAS (General Structure Analysis System) GSAS merupakansebuah system yang komprehensifuntukmenghaluskan (refinement) model strukturbaikuntuk data hasildifraksisinar-X dan neutron GSAS dibuatoleh Allen C. Larson dan Robert. Von Dreeledilaboratoriumnasional Los Alamos. Saatini GSAS sudahdilengkapidengan EXPGUI. EXPGUI adalah graphical user interface (GUI) untuk file eksperimen (.EXP) GSAS 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 16

19. Apa yang dapatdilakukanoleh EXPGUI Parameter Fasa : EXPGUI dapatmengedit parameter atomikdansel, dapatmembuat file .EXP baru, menambahfasadan atom, danmengedit/menghapus/mentransformasi atom-atom. Parameter Histogram : dapatmengubah factor skala, background, konstantadifraktometer, danfungsi peak profil. Least Square option : mengontroljumlah cycle, opsi print dan parameter extraksi Fobs , mengeditdanmembuat constraint dalam parameter atomic danprofil. Memebuatdanmengedit parameter March-Dollase preferred orientation. Membuatdanmengedit parameter Generalized Spherical Harmonic (ODF) preferred orientation. Memodifikasibenderafasauntukmasing-masing histogram. 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 17

21. PROSEDUR ANALISIS KUALITATIF Analisiskualitatifdifraksisinar-X digunakanuntukmengidentifikasisuatuunsuratausenyawa Langkah-langkah Menyiapkan data hasildifraksisinar-X dalam format .RD Mengkonversi file .RD kedalam format .DI denganmenggunakan program APD Menyimpan data hasildifraksisinar-X dalam format .DOC sehinggadidapatkan data berupaintensitasvs 2θ ataudspacing. Mentabulasikanintensitasvs 2θ atauintensitasvsdspacing. Disarankanuntukmengolah data menggunakan I vs. d karenatidaktergantungpanjanggelombangsinar-x yang digunakan. Mencocokkan data denganmengunakankartu yang sudahdiketahuiataudapatjugamenggunakansoftware database JCPDF-ICDD Membuattabelhasilanalisiskualitatifdengan format sebagaiberikut 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 19

22. PROSEDUR ANALISIS KUANTITATIF Analisiskuantitatifdilakukanuntukmengolah data hasildifraksisinar-X untukmengetahuiseberapabanyakfraksiberatdarisampel yang diujikan, mengetahui parameter kisidarimasing-masingfasadenganmenggunakanmetodeRietveld Langkah-langkah Untukdapatmenjalankan program GSAS, file XRD binerharusdikonversike ASCII (Philips Salemba: file .RD dikonversimenjadi file .UDF) denganmenggunakan program APD, cara yang digunakanuntukmengkonversi file inisamadenganproses yang dilaluiuntukanalisiskualitatif. Membuat data input untuk GSAS berupa file .raw dan .prmdenganmenggunakan program Bella v2. Selainmenyiapkan file input, masihterdapatbeberapahal yang perludisiapkansebelumbekerjadengan GSAS yaitusebagaiberikut: Perkiraanfasa Kristal yang terdapatdalamsampel, halini bias didapatkandari data lain, misalnyadarireferensi, hasilanalisiskomposisidengan XRF, AAS 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 20

23. Perkiraanstruktur Kristal darifasa, halinibisadidapatkandarireferensiberupa JCPDS, Pearson’s Handbook of Crystallography Data, ataudapatjugadicobadenganprosestrial and error. Perkiraan parameter kisidarifasa Kristal Menjalankan program GSAS Membuatsatunamaeksperimenbarudalam GSAS Memasukkan data input awalsepertifasa, parameter kisi, space group, posisi atom. Memasukkan data input untuk histogram yang berupa file .Raw dan .Prm yang telahdibuatdenganmenggunkan program Bella Menjalankan POWPREF dan GENLES untukmasing-masing box yang ingindi refine hinggadidapatkannilai Chi yang kecil (atauproses yang dilakukansudahkonvergen) Menyimpangrafikhasilproses refinement GSAS (grafikkurva least square, kurva error, dangambarperbandinganantarakurvaeksperimendengankurvahasilobeservasidenganmenggunakan GSAS) 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 21

25. Pilih“System Preparation”

26. Pilih “System Parameter”

27. Pada data directory ketik C:kemudiantekan F5

28. Pilih folder tempatandamenyimpan file GSASDalamkasusiniC:AMPELA

29. Lakukanhal yang samauntuk Temporary File

30. Kemudiantekan Esc hinggakembalike menu awal07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 22

32. Pilih “Peak Search” enter

33. Tekan F5

34. Pilih file SAMPELA.RDEnter

35. Tekan F1

36. Makaakanmunculgambarpoladifraksisinar-x darisampelA

37. TekanEsc hingakembalike menu awal07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 23

39. Pilih“View file”

40. Pilih“DI File” enter

41. Pilih file DI yang akandigunakan

42. enterUntukmenyimpan file hasildifraksitekan F8, kemudianketikdirektoripenyimpanan file dokumensertanamadokumen, contoh C:AMPELAAMPELA.DOC kemudian enter, maka file secaraotomatistersimpandalam folder yang dipilih Tekan Esc hinggakembalike submenu “Utilities” 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 24

44. Pilih“Scan File -> UDF”

45. Enter

46. Pilih file yang akandiubahdengancaratekan F5

47. Enter

48. File dalam format UDfsecaraotomatistersimpandalam folder07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 25

49. Mengkonversi file .UDF kedalam Excel Jalankan program Bella Buka file .udf yang telahdisimpandalam folder C:AMPELA Untukdapatmelihatgrafikhasildifraksisinar-X, klik “Grafik”, Klik“SimpanHasil”kemudianpilih“dalam Excel”untukmembuatgrafik Membuattabelanalisiskualitatif Melakukanpencarianfasa-fasa yang terbentukdenganmenggunakansoftware JCPDF-ICDD berdasarkan three strongest line 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 26

50. HasilAnalisiskualitatifuntukcampuranfasa 90% BaFe12O19dengan 10% karbon 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 27

51. STUDI KASUS ANALISIS KUANTITATIF analisisikuantitatifbertujuanuntukmengetahuipersenberat (Wt.%) darifasa-fasa yang terdapatdalamsuatusampel, parameter kisi, dansistemkristalmenggunakansoftware GSAS Tahap-tahapanalisiskualitatif Membuat file .raw dan .prmdenganmenggunakan software Bella V.2 yang digunakansebagai data input untuk histogram selanjutnyaadalahmembuat file dengan format .prm memilihpanjanggelombang yang digunakan 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 28

52. Menyiapkan data input awalsepertinamafasa, space group, parameter kisidanposisi atom. Fasa BaFe12O19 Fasa Fe2O3 Namafasa : Barium Iron Oxida Space Group: P63/mmc Parameter kisi: a = b =5.8920 c = 23.1830 α = β = 90o γ = 120o NamaFasa : Iron Oxida (Hematite) Space Group: R -3 c Parametrkisi: a = b =5.038 c = 13.772 α = β = 90o γ = 120o 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 29

54. Ketikkannama file eksperimen yang akandibuat. Yaitu“HEMATITE”

55. Klik“Read”muncul box yang berisikonfirmasipembuatan file eksperimenbaru, kemudiankliktombol “Create” menuliskansebuahjuduluntukeksperimen yang akandijalankan, dalamcontohininama yang digunakanadalah “Hematite dan Barium Heksaferrat” kemudianklik “Set” 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 30

56. Memasukkan data Fasadalameksperimen Pada panel fasaklik“Add Phase” muncul box untukmengisi data input berupanamafasa, parameter kisi (a, b, c, α, β, γ) dan space group. Seperti yang dapatdilihatdalamgambardisamping Setelahsemua data input diisiklik “Add”, makaakanmuncul box yang berisiinformasimengenaipsoisi atom 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 31

57. menambahkan data untukposisi atom denganmenekantombol “Add New Atom” yang terletakpadabagianbawah panel fasa, kemudinamuncul box untukpengisianposisi atom Masukkan data posisi atom satupersatudenganmengklik “More atom”, setelahselesaiklik “Add Atoms” Untukpengsianposisi atom padafasakedualakukanhal yang samasepertipadafasapertama 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 32

58. Menambahkan data histogram kedalameksperimen Buka Panel Histogram, kemudiantekantombol “Add New Histogram” untukmengisi Data file, klik “Select File” pilih file dalam format .raw yang sudahdisimpansebelumnya. Klik “Open” Klik “OK” Untukmengisi Instrument Parameter File klik “Select File” Pilih file dalam format .prm Klik “Open” Klik “OK” Klik “Add” 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 33

60. Langsungmenekan submenu POWPREF

61. Menekantombol Alt + P07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 34

62. Ketika program POWPREF pertama kali dijalankanmakaakanmunculjendela yang menunjukkanbagaimanakemajuandari program yang dijalankan, yang dapatdilihatdalamgambardibawahini 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 35

63. Ketika POWPREF memodifikasi file .EXP, makaakanmunculpesansepertipadagambardisamping. Jikatombol “Load New” ditekanmaka file .EXP yang baruakandisimpan. Sedangkanjikatombol “Continue Editing” ditekan, maka EXPGUI akanmengedit data file .EXP versisebelumnya GENLES carauntukmenjalankan GENLES hampirsamadengancaramenjalankan POWPREF, yaitudapatdilakukandenganmenggunakantigacara menekantombol GENLES padasubmenu Menekanmenu “Powder” kemudianpilihGENLES denganmenekan Alt + G 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 36

64. Setelahmenjalankan GENLES makaakanmuncullayar yang menunjukkan status refinement sepertipadagambardibawahini 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 37

65. Ketika GENLES selesai, makaakanmuncul box untukmenanyakanaksi yang akandilakukanselanjutnya. Jikatombol “Load New” ditekan, makaperubahan file .EXP yang baruakandisimpan. Sedangkanjikatombol “Continue Editing” ditekan, makahasildari refinement akanditolak Untukdapatmelihathasil refinement secara detail, kitaharusmembuka file .LST yang dapatdijalankandenganmenggunakan program LISTVIEW. Isi yang terdapatdalam box LISTVIEW diperbaharuisesuaidengankemajuanproses refinement. 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 38

67. Garismerahmenunjukkanhasilperhitungan

68. Garishijaumenunjukkanpencocokan background

69. Garisbirumenunjukkanperbedaanantara data hasilperhitungandengan data obesevasi

70. Posisirefleksidapatditandaidengancaramenekan menu “file” kemudianpilih “Tickmarks”07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 39

71. Menambahkan refinement Least Square Pencocokanpertama yang diperolehdalam program yang dijalankansebelumnyatidakcukupbaik. “First Derivative” yang munculdalam plot perbedaanpuncakmengindikasikanbahwapuncakberadadalamposisi yang kurangtepat, sehinggaharusdijalankanproses refinement pada parameter kisidankoreksititiknol Pertama-tama refine parameter kisisampaibeberapa kali iterasi (cycle) kemudian refine koreksititiknoladaiterasiterakhir 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 40

72. Setting bendera refinement pada parameter kisidanjugakoreksititiknolkemudianjalankan GENLES Setelah GENLES dijalankanmakamuncullayar yang berisiinformasikemajuanproses 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 41

73. Padatahapinisangatbaikuntukmenjalankan POWPREF dan GENLES lagiuntukmemperbaikiposisipuncaksehinggabesarnya Chi**2 dapatberkurang POWPREF dan GENLES jugadilakukanterhadapposisi atom darimasing-masingfasa, Panel Scaling untukmengetahuifraksiberatdarimasing-masingfasa, kemudian panel Pofilehinggadiperolehnilai Chi**2 yang kecil. Hasil refinement yang baikmemilikinilai Chi dalamrentang 1-1.5. Berikutinimerupakanhasil refinement setelahmelakukaniterasisebanyak 639 kali 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 42

75. Ketik“n” enter

76. Ketik“h 1 t m p “ enter07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 43

78. File disimpandengan type .bmp

79. Kill “save”

80. Minimize gambar (jangandi close)Kembalike menu DOS 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 44

82. Ketik“y” enter

84. Pilihjenis file .bmp

85. Klik“save”

86. Minimize gambar (jangandi close)Kembalike menu DOS 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 45

88. Makaakanmunculkurva Least Suaresepertigambardisamping

89. Jikainginmenyimpankuva Least Square ini, klik file pilih “Save”

90. Ketiknama file

91. Pilihjenis file .bmp

92. Klik“save”

93. Klik“Close”Tutuplayar DOS 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 46

94. THANK YOU.. 07/01/2011 © 2010 Universitas Negeri Jakarta | www.unj.ac.id | 47