Post on 16-Jun-2019
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005 ISSN 0854 - 5561
KALIBRASI ALAT THERMAL GRAVIMETRI DIFFERENTIALTHERMAL ANALYSIS
Sutri Indaryati, Yanlinastuti, Aslina B.Ginting
ABSTRAK
Kalibrasi Alat Thermal Gravimetri Differential Thermal Analysis. Menurut sistem mutu
pengujian SNI 17025-2000 setiap alat uji yang baru selesai melakukan perbaikan dan
penggantian suku cadang harus dikalibrasi. Kalibrasi alat TG-DT A dilakukan dengan
cara melakukan pengukuran temperatur dan entalpi peleburan CRM (Certificate
Reference Material) In,Sn, Pb, Zn, AI, Ag Au dan Ni pada rentang temperatur 30°C
hingga 1500°C dengan kecepatan pamanasan DC/men, DC/men,dan DC/men. Dari kalibrasi
diperoleh hasil besaran entalpi dan temperatur lebur masing-masing CRM dan dievalusi
dengan cara regresi sehingga diperoleh besaran sensitivitas koefisien dan temperatur
koefisien. Kedua be~aran ini merupakan parameter uji alat yang menyatakan alat telahterkalibrasi. Hasil ka/ibrasi menunjukkan bahwa parameter uji yang optimum digunakan
untuk pengukuran entalpi dan temperatur lebur adalah koefisien sensitifitas (/lV/mW)
sebesar, S = (3,49163x10-2) + (1,73047E-03 T) - (4,08108E-06T2) - (1,4953E-09T3)
(1,49553E-12r) dan koefisien temperatur (0C) sebesar C f(T,R) = (-4,08822+00)
+(6,31388E-03T) + (1,12709 R) - (6,62628x1 0-2R2) dengan penyimpangan pengukuran
untuk temperature peleburan sebesar 0,001 % hingga 3,552% dan pengukuran entalpi
sebesar 0,068% hingga 8,765%. Besaran penyimpangan tersebut dapat diterima karena
sertifikat alat dari fabrikan menetapkan besar penyimpangan yang dapat diterima
sebesar 10%. Dari hasil ana/isis diatas dapat dinyatakan bahwa alat TG-DT A te/ah
terkalibrasi untuk penentuan penentuan temperatur serta entalpi peleburan pada rentang
pengukuran 30°C hingga 1500°C.
PENDAHULUAN
Alat Thermal Gravimetry Differential Thermal
Analysis type CS92 (TG-DT A'92) telah
mengalami kerusakan sehingga perlu di/akukan
perbaikan yang disertai dengan up grading padasoft ware MS-DOS ke MS-WINDOW. Setelah
selesai perbaikan maka per/u di/akukan uji
fungsi dan kalibrasi untuk mengetahui unjuk
kerja alat tersebut. Kalibrasi terhadap alat TG
DTA dilakukan dengan menggunakan standar
logam CRM yang telah diketahui titik lebur danentalpi secara teoritis dari sertifikat. Hasil
kalibrasi alat TG-DT A diperoleh besaran
sensitifitas koefisien dan temperatur koefisien
yang merupakan parameter uji dan sebagaifaktor koreksi untuk merubah satuan
pengukuran dari hasil satuan IlV/mW menjadl
call gram atau joule Igram. Setelah dilakukan
kalibrasi alat, serta diperoleh besaran
174
sensitifitas koefisien dan temperatur koefisien
kemudian dilakukan pengukuran titik lebur dan
entalpi terhadap standar CRM untuk mengetahui
kinerja alat serta besarnya penyimpangan dari
pengukuran.
Peralatan Thermal Gravimetry
Differential Thermal Analysis type CS92 (TG
DTA'92) merupakan dua buah alat yang dapat
dioperasikan secara simultan, Adapun
kegunaan alat TG-DT A tersebut adalah dapat
menentukan perubahan berat, temperatur
peleburan, temperatur perubahan fasa titik
rekristalisasi, titik transisi glass dan entalpi dari
suatu bahan . Sesuai dengan fungsinya maka
penunjukan temperatur diharapkan selalu tepat
dan akurat agar diperoleh hasil analisis dengan
ketelitian yang tinggi . Pada waktu yang lalu alat
TG-DT A menga!ami kerusakan dan setelah
selesainya perbaikan alat tersebut dilakukan uji
ISSN OS54 - 5561
fungsi yang dilanjutkan dengan kalibrasi.[1]. Uji
fungsi dilakukan dengan mengukur entalpi dan
titik lebur dari CRM Sn pada temperatur 30°C
sampai dengan 300°C dan Ni pada temperatur
30°C sampai dengan 1500°C, dengan
kecepatan pemanasan 10°CI menit. Pelaksana
an uji fungsi ini dilakukan dengan parameter uJi
pada besaran sensitifitas koefisien dan
temperature koefisien yang lama seperti
dituangkan pada Tabel-1
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
Tabel-1: Besaran konstanta sensitifitas dan
temperature koefisien. '":?L
Sensitifitas Koefisien Temp,Koefisien
AO
-1,OE+03 BO5,09244
A1
2,2363E+02 B1-2,749 E-03
A2
-3,9399E-Ol B2-1,2563E+00
A3
2,5720E-04 B36,4909E-02
A4
-5,7429E-OS'
Dari hasH uji fungsi tersebut diperoleh
hasil besaran entalpi dan titik lebur CRM
diperoleh hasil seperti Tabel-2
Tabel-2: HasH uji fungsi alat TG-DTA.
No Sam pel CRM Entalpical/gram Titik lebur "C
Pengukuran
Serti fikatPengukuranSertifikat
ISn 6,14014,4..238,47.231,7
2
Ni 70,4471,51430,731452
HasH pengukuran entalpi dan titik lebur
CRM Sn dan Ni menggunakan sensetifitas
koefisien dan temperatur koefisien seperti Table
1 tidak sesuai dengan besaran sertifikat yang
ada, sehingga perlu dilakukan kalibrasi terhadapalat TG-DT A
Kalibrasi dilakukan hingga temperatur
1500°C menggunakan beberapa CRM
(Certificate Reference Materia0 antara lain In.
Sn, Pb, In, AI, Ag, Au dan Ni serta
menggunakan metode uji yang valid dari
SETARAM yang telah diverivikasi dengan
metode ASTM ['.2) dengan 3x pengulangan.Setelah alat terkalibrasi kemudian dilakukan
penentuan temperatur peleburan dan entalpi
sampel standar In. Sn, Pb, In, AI, Ag, Au dan
Ni pad a rentang temperatur 30°C hingga
1500°C dengan kecepatan pemanasan
5°C/menit, 10°C/menit, 15°C/menit dalam media
gas Argon dengan 3x (tiga) kali pengulangan13I,
Hasil pengukuran pengulangan temperatur
peleburan dan enta!pi diuandingkan dengan
data temperatur peleburan dan entalpi teoritis
175
untuk mengetahui besar penyimpangan dari[4.5)pengukuran ..
CARA KERJA
Kalibrasi Alat
CRM Nikel ditimbang seberat :: SO
mg. kemudian dimasukkan ke dalam krusibelAlumina dan dimasukkan ke dalam chamber
TG-DT A rod. kemudian divakumkan hingga
1O"mbar. Setelah tercapai kevakumannya
kemudian dialiri dengan gas Argon dengankecepatan alir 2,5 mbar/detik. CRM Nikel
99.999% dipanaskan di dalam tungku TG-DTA
dari temperatur 30°C hingga 1500°C dengan
variasi kecepatan pemariasan 5°C/menit,
10°C/menit dan 15°C 1men it. Hal yang sama
dilakukan terhadap sampel In, Sn, Pb, In, AI,
Ag dan Au dengan masing masing temperaturpemanasan secara berurutan 250°C, 350 °c ,
450°C. 700 DC. 1000 °c dan 1100 °c dengan 3
kali pengulangan pengukuran untuk masing
masing variasi kecepatan pemanasan. Hasil
pengukuran berupa Termogram DTA
membentuk puncak endotermik' yang
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
menyatakan besarnya temperatur peleburan
dan besarnya entalpi peleburan dari sampel
CRM. Dari besaran temperatur dan entalpi
yang diperoleh akan dievaluasi dengan
software TG-DT A menjadi suatu faktor koreksi
kalibrasi terhadap parameter uji berupasensitifitas koefisien S = AO + A 1 T+ A2 T2
+A3 T3 +A4 r dan temperature koefisien (0G),
CT =BO +B1T +B2 +B3. Se!anjutnya besaran ini
digunakan sebagai parameter uji untuk
penentuan temperatur peleburan dan entalpi
dari masing-masing CRM tersebut.
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Kalibrasi Alat
Dari kalibrasi diperoleh suatu
-------1ermo9fa!P- DTA yang ditunjukkan oleh
besaran aliran panas (Heat Flow = ,.N) dari
temperatur 30°C hingga 1500°C.
Perubahan aliran panas tersebut
menyebabkan terbentuknya puncak
endotermik yang menyatakan temperatur
terjadi peleburan CRM Nikel 99,999% yang
ditunjukkan oleh titik onset temperature dan
diakhiri oleh top temperature seperti yang
terlihat pada Gambar-1.
ISSN 0854 - 5561
Onset temperature adalah titik awal
pembentukan puncak endotermik tersebut da'n
top temperature adalah titik akhir dari
terjadinya reaksi peleburan terse but.
Sedangkan luasan puncak endotermik yang
terbentuk menunjukkan besarnya panas yangdibutuhkan atau besar entalpi CRM untuk
melakukan reaksi peleburan. Sebagai salahsatu contoh pada tulisan ini adalah hasil
anal isis terhadap CRM Ni yang menunjukkanbahwa CRM Nikel mengalami reaksi peleburan
pada temperatur 1459,55°C dengan entalpi
peleburan 85,9862 /lV,s/mg. Untuk mengubah
satuan entalpi (/lV,s/mg) menjadi satuan
entalpi (cal/g) maka dilakukan perhitungan
dengan langkah -Iangkah sbb:
Besarnya temperature lebur dan entalpiuntuk CRM Nikel dari sertifikat adalah:
Tf = 1435°C, tlH = 73,8 cal/g atau 308,48Joule/g.
Berat Nikel yang diukur (sample massexperiment) = 80 mg
Besat sampel 80 mg memberikan entalpi
sebesar L'lH = 308,48 Joule/1000mg x 80mg
= 24,6784 Joule
= 24678,4 mJoule
Entalpi Pengukuran Nikel = 85,9862 /lV.s/mgx 80 mg =6878,896 /lV.s
L'lH Pengukuran 6878,896 /lV.s
tlH Sertifikat 24678,4 mJoule
= 0,28 /lV/mW
Dengan cara yang sama, kemudian
dilakukan perhitungan sensitifitas terhadap
CRM In, Sn, Pb, Zn, AI, Ag dan Au
sehingga diperoleh suatu korelasi antara
besaran sensitifitas dengan temperatur
seperti yang dituangkan pada Tabei-3 danpada Gambar-2.
..•
ONeIpcM:1U:;~"CF't0i01_ I•.•• V'(
E.....,.,/f'i~·~8112._~
Gambar-1: Termogram Peleburan StandardNikel
176
Sensitivitas - -- -------------------- - ---------- ------
ISSN 0854 - 5561
Tabel-3: Sesitivitas dan temperature lebur pengukuran
Hasil-hasil Penel!tian EBN Tahun 2005
Kec pemanasan SOC/minKec pemanasan 100C/minKec pemanasan 1SoC/min
No
Sampel
Standar
Tik lebur-SensitifitasTik leburSensitifitasTik leburSensitifitas
°c
(~V/mW)°c(~V/mW)°c(~V/mW)
1
Sn233.870.26234.30.243233.430.311
2
Pb328.870.275328.00.275326.20.266
3
Zn422.20.350421.180.323420.80.338
4
AI662.490.360668.320.283661.560.298
5
Ag965.610.410966.290.470966.550.424
6
Au1064,880.4961066.850.4351067.650.384
7
Ni1462.350.2231464.420.1751459.560.287
••••• TAAAWI REGRESSION: AaIiM Kallbrul-----" .- Senstttvlty I JjV/mW. eO + .1-T" a2·T"'2 + a3·T"'3 + &4·T~
I I . ---.-- .", i-Sensitivity IIJV/mW
0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
..0.15
0.10
0.00
~.05
200 400 600 800
~O ; 349163E·07CJ 1 =. 1 7304 7E·0337; --408108E·06.3; 4.23053E-0934; -, 49553E·12
1000 1200 1400
Gambar-2: Kurva Kalibrasi Sensitivitas dengan Temperatur
Besaran masing-masing sensitivitas (fiV/mW). sebagai fungsi temperatur kemudiandievaluasi dengan software yang ada sehingga diperoleh besaran konstanta koefisien sensitifitas
dan koefisien temperatur sebagai hasil kalibrasi pad a rentang temperatur 30°C hingga 1500°Cdituangkan pada Tabel-4
177
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
Tabel-4: Besaran konstanta sensitivitas dan temperature koefisien.
ISSN 0854 - 5561
Sensitivitas Koefisien Temp,Koefisien
AO
3,49163x10-£ BO-4,08822
A1
1,73047 x10-" B16,31388 x10-~
A2
-4,08108 x10-vB21,12709
A3
-1,49553 x1 O_JB3-6,62628 x10-<'
A4
-1,49553 x10-1'
Besaran konstanta koefisien sensitifitas dan koefisien temperatur yang diperoleh
dimasukkan ke menu parameter, merupakan parameter uji yang digunakan untuk analisis
temperatur lebur dan entalpi untuk pengukuran lebih lanjut.
B. Penentuan Temperatur Peleburan Dan Entalpi
Dengan menggunakan parameter uji berupa sensitivitas koefisien diatas, S = (3,49163x1 0_2)
+( 1,73047 x10-3 T) - (4,08108 X10-~2) - (1,4953 x10_9T3) - (1,49553 X10_12-r)dan koefisien
temperatur (0C) sebesar C f(T,R) =( -4,08822) +(6,31388x10-3T) + (1,12709 R) - (6,62628 x10
2R2)selanjutnya dilakukan pengukuran temperatur lebur dan entalpi terhadap sampel standar In, Sn,
Pb, Zn, AI, Ag, Au dan Ni dengan 3 (tiga ) kali pengulangan. Besarnya temperatur peleburan merupakan
fenomena awal perubahan base line aliran panas membentuk suatu puncak endotermik menunjukkan
bahwa mulai terjadinya fenomena peleburan (onset temperature) dan akhir pembentukan puncak
endotermik tersebut menyatakan selesainya reaksi peleburan yang terjadi (top temperature). seperti
yang ditunjukkan pad a Gambar-3 yaitu termogram temperatur peleburan standar Emas (Au).
Pembentukan puncak endotermik pada fenomena peleburan ini menunjukkan bahwa dalam melakukan
peristiwa peleburan tersebut sam pel emas membutuhkan sejumlah panas . Dari Gambar-4 dapat
diketahui bahwa sampel standar emas mulai mengalami peleburan pad a temperatur 1056,99°C dan
berakhir pada temperatur 1064,88°C dengan membutuhkan panas sebesar 14,2173 cal/g. Besarnya
temperatur dan entalpi peleburan yang diperoleh dari masing-masing standar In, Sn, Pb, Zn, AI, Ag, Au
dan Ni dengan pengulangan pengukuran sebanyak 3x dituangkan pada Tabel-5 dan Tabel-6
•••• ~ IF~. : Ex~riment: Au .wnd.30-12000C.5oCJ~n (10-03-05) Atm. ~03-10-05 p,.oc-.du,..: Au etand.30-12000C.5oCJrT--. (Seq 1)
H •• t FloW'f mW
.IT\- ExoO~I·
-20
Ona.et po4nt : 1 05e. g.o ·CP~k 1 tOt" . 1 064.68 ·C
Enth.'py I CaVg; '.:2173 (EnaOChef-."k; ef'f-=:t)
..••0
-100
-120
Ar Crucible: Al203 1M ••• (mg) ::189.e
.00 '000
Gambar-3: Termogram DTA Peleburan Standar Emas
'i78
ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
Tabel-5: Temperatur Peleburan Sampel Standar Variasi Kecepatan Pemanasan.
Sampel
Kec Titik lebur °C
Standar
pemnasn Pengukuran
No
(CRM)C {men
I
SD%.RSD% AkurasiRerata
Teoritis
I23.
I
In 5159.70158.60158.40158.900156.401.2500.78798.427
2
10168.51167.90168.20168.203156.405.9023.50992.983
3
15167.67168.45168.96168.359.156.405.9803.55292.897
4
Sn 5231.56229.97232.85231.460231.800.1700.07399.853
5
10233.56233.68233.45233.563231.800.8810.37799.245
6
15234.17233.9235.63234.567231.801.3840.59098.820
7
Pb 5328.87327.97327.35328.063327.400.3320.10199.798
8
10326.27327.53327.9327.233327 .400.0830.02699.949
9
15326.89329.36328.78328.343327.400.4720.14499.713
10
Zn 5421.45421.11420.67421.077419.500.7880.18799.625
II
10421.18420.8418.43420.137419.500.3190.07699.848
12
15420.34421.59421.55421.160419.500.8300.19799.606
13
AI 5659.51659.29658.52659.107658.500.3030.04699.908
14
10659.22659.52661.32660.020658.500.7600.11599.770
15
15659.59658.78661.54659.970658.500.7350.11199.777
16
Ag 5960.34959.85959.79959.993961.000.5030.05299.895
17
10962.4960.45961.15961.333961.000.1660.01799.965
18
15962.69962.12961.92962.243961.000.6220.06599.871
19
Au 51056.991060.451058.891058.7771063.002.1110.19999.603
20
101066.851066.681059.471064.3331063.000.6670.06399.875
21
151062.661067.651068.561066.2901063.001.6450.15499.691
22
Ni51451.591451.961452.341451.9631452.000.0190.00199.997
23
101451.581464.421452,.781456.2601452.002.1300.14699.707.1459.52 11456.06724
.'15 1449.121459.56 1452.002.0340.14099.721
,.,179
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
Tabel-6: Entalpi Peleburan sampel standar
ISSN 0854 - 5561
Entalpi call gramSampel
TitikKec Pengukuran
No
Standarlebur °c.Pemnsan RerataT eortis
I
SD
% RSD I % Akurasi(CRM)
(teotitis)C ImenI23 ------1
In156.4056.1806.1956.2036.1926.80.3044.91091.059
2
156.40 .-1C 6.980·6.7206.7506.8176.80.0090.12599.751
3
156.40157.0307.2807.3307.2136.80.2072.86394.274
4
Sn231.80513.97014.09713.88613.98414.40.2081.48797.111
5
231.801014.56013.98014.75014.43014.40.0150.10499.792
6
231.801514.42714.39714.76514.53014.40.0650.44799.105
7
Pb327.40 55.1065.1155.1455.1225.90.3897.59586.814
8
327.40105.0015.0325.0285.0205.90.4408.76585.085
9
327.40155.6785.5345.7555.6565.90.1222.15795.864
10
Zn419.50 524.45824.87024.34224.55724.40.0790.32099.361
II419.501024.55024.68023.87024.36724.40.0160.06899.865
12
419.501524.67824.93223.99524.53524.40.0680.27599.450
13
AI658.50 582.70182.53382.58682.60794.55.9477.19987.415
14
658.501091.11091.29991.09891.16994.51.6661.82796.4 75
15
658.501581.73282.35882.34682.14594.56.1787.52086.926
16
Ag961.00525.24225.76624.88225.29725.0 .0.1490.58798.826
17
961.001025.58024.86025.45025.29725.00.1490.58798.826
18
961.001525.22025.42124.99625.21225.00.1060.42099.159
19
Au1063.00515.25515.14115.43115.27615.30.0120.07999.843
20
1063.001016.14716.28015.97116.13315.30.4162.58294.837
21
1063.001517.95918.04417.79217.9321531.3167.33985.322
22
Ni1452.00570.88571.54871.71271.38271.50.0590.08399.835
23
1452.001072.98072.94872.06572.66471.50.5820.80198.398
24
1452.001571.56772.92772. 06872.18771.50.3430.47699.048
Oari Tabel-5 dan Tabel-6. dapatdiketahui bahwa % penyimpangan pengukuran untuk temperatur peleburan dan entalpidengan pengulangan (repeatibilitas) 3x , untukmasing-masing sample standar % penyimpangan pengukuran temperatur peleburanberada pada rentang 0,001% hingga 3,552%
180
dan % penyimpangan pengukuran untukentalpi diperoleh sebesar 0,068% hingga8,765%. Besaran ini dapat diterima karenaberada dibawah % penyimpangan yangdiberikan oleh sertifikat alat sebesar ±
10%[3,4J• Oari hasi: perhitungan akurasiterhadap temperatur peleburan diperoleh
ISSN 0854 - 5561
besaran akurasi diatas 99%, kecuali pada In
yang mempunyai suhu titik lebur 156,40°C atau
di bawah 200°C, diperoleh besaran akurasilebih keci!. Hal ini disebabkan karena kondisi alat
pad a suhu tersebut kurang stabil sedangkan
untuk akurasi entalpi peleburan diperoleh hasil
yang tidak simultan. hal ini dikarenakan
karena nilai entalpi yang diperoleh tergantung
ada cara evaluasi terhadap titik awal dan titik
akhir dari luasan termogram DTA yangterbentuk.
KESIMPULAN
Dari hasil analisis pengukuran temperatur
peleburan serta entalpi pe:leburan dari sam pelCRM In, Sn, Pb, Zn, AI, Ag Au dan Ni diperoleh
bahwa besar % penyimpangan pengukuran
untuk temperatur peleburan untuk masing
masing sample standar berada pad a rentang
0,001 % hingga 3,552% dan % penyimpangan
pengukuran untuk entalpi diperoleh sebesar
0,068% hingga 8,765%. Besaran ini dapatditerima karena berada dibawah %
penyimpangan yang diberikan oleh sertifikat
181
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2005
alat sebesar ± 10%. Hasil perhitungan aKurasi
temperatur peleburan. diperoleh hasil di.atas 99
% untuk suhu di atas 200°C, sedangkan untuk
akurasi entalpi peleburan diperoleh hasil yang
tidak simultan ini dikarenakan nilai entalpi
yang diperoleh tergantung p'ada luasan
termogram serta dipengaruhi oleh penentuan
titik awal dan titik akhir dari termogram.
ACUAN:
1.. SNI-17025, Dokumentasi Sistem Mutu
Laboratorium, Badan Standardisasi
Nasional (BSN), Tahun 2002.2. ASTM, Annual Book of ASTM Standars,
USA, VoI,14,02 (1992) , page 399-402.
3. SETARAM, Manual Operation Differential
Thermal Analysis Type CS'92 , Set~ramFranc, 1992.
4. ROBERT L, ANDERSON,"Practical
Statistics for Analytical Chemists" Van
Nostrand Reinhold Company,NewYork,1987.
5. PERRY H.ROBERT. "Chemical EngineersHandbook', Sixth edition McGrawHill, 1984
./