Uji Komposisi Kimia

Dalam dunia industri logam, pengujian komposisi kimia dari suatu logam penting dilakukan untuk memastikan kualitas sebuah produk, terutama pada proses incoming quality assurance pada saat penerimaan material di industri manufaktur baik sebagai bahan baku produksi maupun sebagai komponen konstruksi yang siap pakai. Dalam melakukan uji komposisi kimia, banyak hal yang harus dilakukan, dalam hal pemilihan jenis analisa hingga penggunaan alat yang akan dipakai dalam proses analisa. Untuk analisisnya, menggunakan metode analisis kualitatif dan analisis kuantitatif.

Metode Analisis

Analisis kualitatif adalah analisis kimia yang hanya tahu bahwa sampel mengandung senyawa atau unsur tertentu tanpa tahu berapa banyak unsur yang terkandung di dalamnya, maka untuk mengetahui berapa banyaknya senyawa atau unsur tersebut, dapat menggunakan analisis kuantitatif.

Analisis kuantitatif, adalah analisis kimia yang menyangkut penetuan jumlah zat tertentu yang ada di dalam suatu sampel. Analisis kuantitatif terdiri atas volumetri, gravimetri, titrimetric, presipitrimetri, iodometri, dan spektrometri.

Dalam artikel ini, kami akan membahas satu metode analisis kuantitatif dengan aplikasi spektrometri emisi optic. Spektroskopi mencakup beberapa aplikasi yang berbeda seperti spektroskopi serapan atom, spektroskopi emisi atom, spektroskopi UV & sinar tampak, spektroskopi pendar sinar-X, spektroskopi inframerah, spektroskopi Raman, dan lain sebagainya.

Optical Emission Spectroscopy (OES) adalah teknik analisa yang banyak digunakan untuk menentukan komposisi unsur dari berbagai logam. Bagian dari spektrum elektromagnetik yang digunakan pada OES meliputi spektrum tampak (visible) dan sebagian spektrum ultraviolet. Dalam rentang panjang gelombang, bagian spektrum yang digunakan antara 130 nanometer sampai sekitar 800 nanometer (Gambar 1).

Gambar 1. Spektrum Elektromagnetik pada OES (1)

Dilihat dari kemampuan analisanya, OES dapat menganalisa berbagai macam elemen dari Lithium hingga Uranium dalam contoh logam padat yang meliputi rentan konsentrasi yang luas, memberikan akurasi yang sangat tinggi, presisi tinggi dan batas deteksi yang rendah (Gambar 2).

Elemen dan konsentrasi yang dapat ditentukan oleh penganalisa OES bergantung pada bahan yang dianalisa dan jenis penganalisa yang digunakan.

Gambar 2. Contoh Unsur Kemampuan Analisis OES (2)

Cara kerja Optical Emission Spectrocopy (OES)

Didalam perangkat OES terdapat tiga kompon utama, yaitu sumber listrik, sistem optic dan sistem komputer.

Gambar 3. Cara Kerja OES (3)

Sumber listrik disini untuk merangsang atom dalam sample logam sehingga akan memancarkan cahaya karakter atau Emisi Optik. Hal ini memerlukan pemanasan pada sebagian kecil daerah sample hingga ribuan derajat Celsius dengan menggunakan sumber listrik tegangan tinggi pada alat spectrometer melalui elektroda. Perbedaan potensial listrik antara sample dan elektroda menghasilkan pelepasan listrik, pelepasan listrik ini melewati sample, memanaskan dan menguapkan material di permukaan dan menarik atom material, yang kemudian memancarkan garis emisi karakteristik elemen (element characteristic emission lines).

Pada proses pelepasan listrik dapat menghasilkan dua bentuk pelepasan listrik, berupa busur nyala yang merupakan peristiwa on/off yang mirip seperti sambaran petir atau berupa percikan (spark) yang merupakan peristiwa multi pelepasan (multi-discharge)  dimana tegangan elektroda dinyalakan dan dimatikan. Kedua mode operasi ini digunakan tergantung pada elemen yang diukur dan akurasi yang diperlukan.

Komponen yang kedua adalah sistem optic. Cahaya multiple optical emission lines dari sample yang diuapkan, dikenal sebagai plasma masuk ke spectrometer. Sebuah diffraction grading pada spectrometer memisahkan cahaya yang masuk menjadi panjang gelombang elemen khusus dan detector yang sesuai akan mengukur intensitas cahaya untuk setiap panjang gelombang. Intensitas yang diukur berbanding lurus dengan konsentrasi offset elemen dalam semple.

Komponen ketiga adalah sistem komputer. Sistem komputer menerima intensitas terukur dan memproses data melalui kalibrasi yang telah ditentukan untuk menghasilkan konsentrasi unsur. User interface memastikan minimal intervensi operator dengan hasil yang ditampilkan dengan jelas yang dapat dicetak atau disimpan sebagai referensi.

Karakteristik Elemen

Ketika energi pelepasan listrik berinteraksi dengan atom, beberapa elektron pada kulit terluar atom akan dikeluarkan. Elektrok pada kulit terluar tidak terlalu terikat kuat dengan inti atom karena letaknya yang lebih jauh dari inti atom sehingga membutuhkan lebih sedikit energi yang dibutuhkan. Elektron yang terlepas menciptakan kekosongan yang membuat atom tidak stabil.

Untuk memulihkan kestabilan atom, elektron dari orbit yang lebih tinggi yang jauh dari inti atom turun ke bawah untuk mengisi kekosongan. Energi berlebih yang dilepaskan saat elektron bergerak di antara dua tingkat energi dipancarkan dalam bentuk cahaya elemen spesifik atau emisi optic.

Setiap elemen memancarkan serangkaian garis spektrum yang sesuai dengan transisi elektron yang berbeda antara tingkat energi atau kulit yang berbeda. Setiap transisi menghasilkan garis emisi optik tertentu dengan Panjang geombang yang tetap atau energi radiasi.

Untuk sample logam tipikal yang mengandung iron, manganese, chromium, nickel, vanadium, dan lain-lain. Setiap elemen memancarkan banyak panjang gelombang, mengarah ke line-rich spektrum. Sebagi contoh, iron memancarkan lebih dari 8000 panjang gelombang yang berbeda, jadi penting untuk memilih garis emisi optimal untuk elemen tertentu dalam sample.

Cahaya karakteristik yang dipancarkan oleh atom dalam sample dipindahkan ke system optic dimana akan dipecah menjadi panjang gelombang spektralnya dengan grading berteknologi tinggi, grading tersebut berisi hingga 3600 alur per milimeter.

Selanjutnya sinyal puncak garis spektrum individual dikumpulkan oleh detector dan diproses untuk menghasilkan spektrum yang menunjukkan puncak intensitas cahaya versus Panjang gelombangnya. Ini berarti OES memberikan informasi kualitatif tentang sample yang diukur, namun OES juga merupakan Teknik kuantitatif.

Baca juga : Kriteria Pengujian Flatening Test

Panjang gelombang puncak mengidentifikasi elemen, dan luas atau intensitas puncaknya memberikan indikasi kuantitas dalam sample. Penganaklisa kemudian menggunakan informasi ini untuk menghitung komposisi elemen sample berdasarkan kalibrasi dengan bahan referensi bersertifikat. Seluruh proses, mulai dari menekan tombol start atau pemicu hingga mendapatkan hasil Analisa, bisa memakan waktu 3detik sampai 30 detik untuk pengukuran kuantitatif yang akurat.

Referensi:

https://hha.hitachi-hightech.com/

https://www.easternapplied.com/

https://www.wardayacollege.com/

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *