XRD dan XRF Sebagai Bentuk Pengaplikasian Konsep Fisika Kuantum

XRD dan XRF Sebagai Bentuk Pengaplikasian Konsep Fisika Kuantum

Dalam perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, fisika kuantum telah memainkan peran yang sangat penting, terutama dalam memahami struktur dan sifat material pada skala atomik. Dua teknik analisis yang sangat penting dalam konteks ini adalah X-ray Diffraction (XRD) dan X-ray Fluorescence (XRF). Teknik-teknik ini tidak hanya memungkinkan peneliti untuk mengungkapkan karakteristik struktural dan komposisi material dengan presisi tinggi, tetapi juga menunjukkan bagaimana prinsip-prinsip fisika kuantum diterapkan secara praktis dalam penelitian ilmiah dan industri.

Sejarah Penemuan  X-ray Diffraction (XRD)

Di akhir tahun 1895, Roentgen (Wilhelm Conrad Roentgen, Jerman, 1845-1923), seorang profesor fisika dan rektor Universitas Wurzburg di Jerman dengan sungguh-sungguh melakukan penelitian tabung sinar katoda. Roentgen membungkus tabung dengan suatu kertas hitam agar tidak terjadi kebocoran fotoluminesensi dari dalam tabung ke luar. Lalu Roentgen membuat ruang penelitian menjadi gelap. Pada saat membangkitkan sinar katoda, Roentgen mengamati sesuatu yang di luar dugaan. Pelat fotoluminesensi yang ada di atas meja mulai berpendar di dalam kegelapan. Walaupun dijauhkan dari tabung, pelat tersebut tetap berpendar. Dijauhkan sampai lebih 1 m dari tabung, pelat masih tetap berpendar. Roentgen berpikir pasti ada jenis radiasi baru yang belum diketahui terjadi di dalam tabung sinar katoda dan membuat pelat fotoluminesensi berpendar. Radiasi ini disebut sinar-X yang maksudnya adalah radiasi yang belum diketahui.  Roentgen menerima hadiah Nobel Fisika tahun 1914 untuk penemuan difraksi sinar-X pada kristal. Penemuan ini ketika ia membahas permasalahan yang terkait dengan perjalanan gelombang cahaya melalui periodik, susunan kristalin partikel (Jamaluddin,2010)

Pengertian X-ray Diffraction (XRD)

Difraksi sinar-x merupakan metode analisa yang memanfaatkan interaksi antara sinar-x dengan atom yang tersusun dalam sebuah sistem kristal. Untuk dapat memahami prinsip dari difraksi sinar-x dalam analisa kualitatif maupun kuantitatif. Ketika berkas sinar-X berinteraksi dengan suatu material, terdapat tiga kemungkinan yang dapat terjadi, yaitu absorpsi (penyerapan), difraksi (penghamburan), atau fluoresensi yakni pemancaran kembali sinar-X dengan energi yang lebih rendah. Sedangkan untuk analisis XRD adalah analisa yang digunakan untuk mengidentifikasi keberadaan suatu senyawa dengan mengamati pola pembiasan cahaya sebagai akibat dari berkas cahaya yang dibiaskan oleh material yang memiliki susunan atom pada kisi kristalnya (Nugroho,2020). 

Komponen Dasar  X-ray Diffraction (XRD)

Alat XRD sendiri memiliki komponen dasar atau utama yakni sumber sinar-X (X-ray source), material yang akan diuji, dan detektor sinar-X (X-ray detector). Dengan komponen dasar tersebut yang membuat XDR mampu melakukan analisis terhadap susunan atom pada kisi kristal.(Lestari,2018).

Prinsip Kerja X-ray Diffraction (XRD)

Sampel berupa serbuk padatan kristalin yang memiliki ukuran kecil dengan diameter butiran kristalnya sekitar 10-7 -- 10-4 m ditempatkan pada suatu plat kaca. Sinar-X diperoleh dari elektron yang keluar dari filamen panas dalam keadaan vakum pada tegangan tinggi, dengan kecepatan tinggi menumbuk permukaan logam, biasanya tembaga (Cu). Sinar-X tersebut menembak sampel padatan kristalin, kemudian mendifraksikan sinar ke segala arah dengan memenuhi Hukum Bragg. Detektor bergerak dengan kecepatan sudut yang konstan untuk mendeteksi berkas sinar-X yang didifraksikan oleh sampel. Sampel serbuk atau padatan kristalin memiliki bidang-bidang kisi yang tersusun secara acak dengan berbagai kemungkinan orientasi, begitu pula partikel-partikel kristal yang terdapat di dalamnya. Setiap kumpulan bidang kisi tersebut memiliki beberapa sudut orientasi sudut tertentu, sehingga difraksi sinar-X memenuhi Hukum Bragg :