GARlS-GARl S KARAKTERl STIK PADA PENEMBAKAN LOGAM AL ...
Transcript of GARlS-GARl S KARAKTERl STIK PADA PENEMBAKAN LOGAM AL ...
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.