Cara Pengoperasian Xas.docx

CARA PENGOPERASIAN XAS (X-RAY ABSORPTION SPECTROSCOPY) 1. Tampilan Eksperimen XAS Pada bagian ini, terdapat beberapa istilah dan gagasan tentang penyiapan eksperimen dengan menggunakan hukum atenuasi Lambert-Beer dengan persamaan: 𝐼0 𝜇(𝐸) ∝ ln ( ) 𝐼1

Gambar 1. Mode pengaturan transmisi eksperimental XAS Jika konsentrasi elemen penyerap sangat rendah (1% atau kurang), atau jika sampel sangat tebal ad acara lain untuk mendeteksi penyerapannya yaitu dari sinyal fluoresensi. Sinyal ini dideteksi dengan alat yang disebut detector fluoresensi. Detector ini diposisikan di 90° dengan balok dan sampel diposisikan dalam 45° dengan balok. Adapun persamaan untuk mode fluoresensi adalah: 𝐼𝑓 𝜇(𝐸) ∝ ln ( ) 𝐼0

Gambar 2. Mode pengaturan fluoresensi eksperimental XAS

Perbedaan antara persamaan untuk transmisi dan fluoresensi adalah tidak ada logaritma pada mode fluoresensi dan 𝐼0 merupakan penyebutnya. Adapun eksperimennya pada alat yang asli:

Gambar 3. Persiapan eksperimen XAS (pada LEXAS beamline)

2. Preparasi Sampel XAS Hal yang perlu dilakukan sebelum melakukan eksperimen adalah sampel harus dipreparasi terlebih dahulu. Preparasi sampel XAS tidak terlalu rumit namun tetap harus teliti dalam preparasi untuk menghasilkan data yang baik dan akurat. Untuk eksperimen XAS, hampir smua sampel disiapkan dengan “hand-made”. Ukuran dan bentuk dari sinar X-Ray pada posisi sampel menentukan ukuran sampel. Pada CAMD, luas penampang balok pada umumnya berbentuk persegi panjang dengan ukuran kirakira 2 × 10 mm. untuk mendapatkan data yang akurat, sampel harus dipreparasi secara homogeny dan merata dengan ukuran sekitar 5 − 10 mm × 15 mm. “Untuk pengukuran transmisi, dibutuhkan sampel yang seragam dan ketebalan sampel yang tepat dan tidak terdapat lubang-lubang kecil. Jika terdapat butiran-butiran harus sangat halus dan ukurannya seragam.” Matt Newville. Jadi untuk eksperimen XAS, perlu menggunakan mortar dan pestel untuk menghaluskan bahan menjadi bubuk. Ukuran butir dapat memiliki efek pada spektrum yang sebenarnya ingin dihindari. Pada prinsipnya ada dua jenis percobaan dalam XAS yaitu dengan energi rendah atau energi tinggi.

2.1. “Sampel normal” 4,5 keV keatas (energi tinggi) Pada energi yang lebih tinggi, sinar dapat menembus bahan yang nomor atomnya (Z) rendah dengan sangat baik, seolah-olah tidak ada apa-apa disana. Jadi kita bisa menggunakan bahan dengan nilai Z rendah untuk pengenceran (misalnya boronitrit, selulosa). Elemen yang diselidiki dalam rentang energi ini kemungkinan besar adalah logam misalnya Fe, Cu, dan Pb. Untuk pengukuran “energi tinggi” ini, beberapa teknik sederhana dapat digunakan untuk menyiapkan sampel. Teknik pertama ditunjukkan pada gambar dibawah yang disiapkan pada pita Kapton dengan bantuan selotip.

Gambar 4. Tahapan persiapan sampel untuk pengukuran energi tinggi Potong pita Kapton agak panjang dengan semua sisinya menempel pada meja dan direkatkan dengan selotip. Bagian atas, bawah, dan sisi-sisinya ditutup dengan pita Scotch, dan bagian tengah dibiarkan kosong seperti pada gambar. Taburkan bubuk

pada pita Kapton yang lengket sampai membentuk lapisan tipis. Butiran halus akan menempel pada selotip dan sisanya dapat dihilangkan (Gambar 4).

Gambar 5. Tahapan persiapan sampel untuk pengukuran energi tinggi Lepaskan pita Scocth lalu lipat Kapton dari tengah dan tekan kebawah. Lipat beberapakali. Sebagai alternative untuk melipat, dapa dipotong pita panjang dengan bubuk menjadi potongan-potongan kecil dengan ukuran yang sama dan ditumpuk bersama. Teknik lain dari preparasi sampel yaitu melibatkan pencampuran senyawa sampel dengan bahan dengan nilai Z yang renah untuk mengisi ruang dan menekan pellet.

2.2. Sampel pada energi rendah dibawah 4 keV (energi rendah) Pada energi dibawah 4 keV sinar diserap oleh hampir apa saja bahkan udara. Dalam kasus ini, pengaturan eksperimental telah dioperasikan pada tekanan yang berkurang (misalnya ke 5 Torr). Unsur-unsur yang digunakan dalam rentang energi ini adalah Si, P, S, K, dan Ca. Preparasi untuk sampel untuk energi rendah hampir mirip dengan teknik preparasi untuk energi tinggi. Cukup gunakan selotip kecil Kapton.

Sampel ini tidak akan dilipat namun ditempatkan sepotong pita Kapton dengan sisi lengket di atas meja (lebih baik pada selembar kertas untuk mengurangi kontaminasi oleh senyawa lain) dan direkatkan dengan selotip. Bagian atas, bawah, dan sisi lengket dari pita Kapton perlu ditutup dengan pita Scotch. Gunakan hanya sejumlah kecil (misalnya 1 mg) dan gunakan dengan sarung tangan bersih.

Gambar 6. Tahapan persiapan sampel untuk pengukuran energi rendah Taburkan bubuk sampel pada Kapton pada bagian lengketnya sampai membentuk lapisan tipis. Untuk energi rendah pada umumnya, sampel harus sangat tipis. Gunakan sarung tangan yang bersih dan taburkan dengan merata di Kapton dengan menggunakan aplikator “q-tip” atau spatula kecil. Butiran halus akan

menempel pada lem. Kemudian lepaskan pita yang menutupi tepi Kapton sesuai gambar.

Gambar 7. Tahapan persiapan sampel untuk pengukuran energi rendah Disini digunakan Mylar yang merupakan bahan dengan nilai Z rendah, transparan dan lebih tipis mirip dengan Kapton namun tanpa lem. Tutup sampel dengan Mylar. Bagian-bagian yang ditutupi dengan pita Scotch sebelumnya sekarang digunakan untuk menahan Mylar. Sisi ini akan menuju balok, ini sangat penting untuk pengukuran fluoresensi, Mylar tidak menyerap terlalu banyak foton fluoresensi yang meninggalkan sampel untuk dideteksi dalam detector fluoresensi. 3. Pengambilan Data XAS 3.1. The beamline Semua sinar X-Ray memiliki pelindung untuk melindungi pengguna dari radiasi. Gambar 8 merupakan foto dari Allen Bradley yang menunjukkan daftar jendela untuk menghentikan sinar dan katup di beamline. Selama waktu normal, pengguna hanya berurusan dengan tombol BS2 disebelah kanan basis kiri tombol merah muda. Ini adalah layar sentuh jadi letakkan jari pada kotak BS2. Orang yang menjalankan eksperimen atau pengukuran harus memastikan bahwa tidak ada orang di dalam

ruangan sebelum dikunci. Untuk alasan itu, tekan tombol hijau dan suruh semua orang yang ada diruangan tersebut meninggalkan ruangan kemudian dikunci. Setelah 5 detik, BS2 dapat dibuka dan memulai percobaan.

Gambar 8. Tampak jendela beamline Untuk berbagai beam, memiliki langkah yang berbeda untuk penempatan sampel. Seperti pada gambar 3 dari LEXAS menunjukkan bahwa dalam beberapa kasus, pengguna harus mengurangi tekanan udara di setup. 3.2. Pengambilan Data Spektrum XAS diketahui dengan mengukur 𝐼0 dan 𝐼𝑡 ketika energi diubah. Inilah yang dilakukan software ketika parameter pemindaian disiapkan: a. b. c.

d. e.

Sampel harus diatur dalam sudut 45° terhadap sinar. (untuk ruang Ion: periksa sinya, untuk fluoresensi: periksa sinyal dari detector SDD) Buat folder untuk menyimpan data. Nama pemindaian: setiap pemindaian disimpan di bagian akhir. Perameter pemindaian meliputi: posisi tepi 𝐸0 /elemen, posisi energi untuk area yang berbeda (dapat bersifat absolut, mis. 2470) atau relatif terhadap 𝐸0 (misalnya -20), ukuran langkah untuk setiap area, dan waktu integrase (waktu berapa lama setiap titik diukur). Parameter pemindaian akan disimpan. Tekan Start untuk memulai pemindaian dan batalkan jika sesuatu terjadi. Perkiraan durasi: berapa lama waktu yang diperkirakan oleh program untuk pemindaian Ruang untuk catatan tentang pemindaian. Informasi ini dapat diinput bahkan ketika pemindaian sedang berjalan dan akan disimpan dengan data pada akhir pemindaian.

Ini adalah software beamline:

Gambar 9. Software beamline untuk pengukuran XAS f. Nilai data langsung: dibagian bawah adalah band dengan pembacaan data: apa yang dimaksud dengan arus cincin penyimpanan, Kristal apa yang dipasang, berapa energi pemindaian, apa hasil pengukuran 𝐼0 , 𝐼𝑡 /1. Jika fluoresensi adalah jumlah yang dipilih adalah hitugan waktu nyata, dan waktu mati adalah apa yang dilaporkan oleh detektor sebagai waktu mati. g. Mode: apapun kotak pada band disebelah kanan yang dicentang akan ditampilkan (transmisi atau fluoresensi atau 𝐼0 ). Namun data akan ditampilkan dengan cara kotak dicentang dan disimpan. Data disimpan dalam kolom untuk Energi, 𝐼0 , 𝐼1 , 𝐼2 , dan 𝐼𝑓 , waktu mati (dalam %). Jadi ketika membuka data dalam program Athena, harus diterapkan persamaan 3 dan 4 (akan dijelaskan dibawah). 3.3. Penyelesaian Pengambilan Data Setelah pemindaian satu atau lebih untuk setiap sampel selesai, tutup BS2 dengan mengambil kunci dari kunci atas dan buka kunci bawah. Sekarang, pintu bisa terbuka dan peneliti bisa masuk kedalam. Ubah sampel dengan mengikuti tahapan sebelumya. Setelah semua data dikumpulkan, beamline harus ditutup. Kemudian salin data ke perangkat peneliti (misalnya flashdisk).