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

./