KARAKTERISASI DAN ANALISIS POLIMER 1. ANALISIS SPEKTROKOPI Spektroskopi molekuler adalah ilmu yang mempelajari interaksi antara gelombang elektromagnetik dengan benda. Gelombang elektromagnetik atau sering pula disebut radiasi elektromagnetik (REM) adalah sejenis energi yang disebarkan oleh suatu sumber cahaya dan bergerak lurus ke depan (kecuali kalau dibiaskan atau dipantulkan) dengan kecepatan yang sangat tinggi. Gelombang elektromagnetik dapat berupa cahaya tampak, panas radiasi, sinar X, sinar UV, gelombang mikro, gelombang radio, dsb. 1.1. Spektrokopi Inframerah Metode spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang meliputi teknik serapan (absorption), teknik emisi (emission), teknik fluoresensi (fluorescence). Komponen medan listrik yang banyak berperan dalam spektroskopi umumnya hanya komponen medan listrik seperti dalam fenomena transmisi, pemantulan, pembiasan, dan penyerapan. Penemuan infra merah ditemukan pertama kali oleh William Herschel pada tahun 1800. Penelitian selanjutnya diteruskan oleh Young, Beer, Lambert dan Julius melakukan berbagai penelitian dengan menggunakan spektroskopi inframerah. Pada tahun 1892 Julius menemukan dan membuktikan adanya hubungan antara struktur molekul dengan inframerah dengan ditemukannya gugus metil dalam suatu molekul akan memberikan serapan karakteristik yang tidak dipengaruhi oleh susunan molekulnya. Penyerapan gelombang elektromagnetik dapat menyebabkan terjadinya eksitasi tingkat-tingkat energi dalam molekul. Dapat berupa eksitasi elektronik, vibrasi, atau rotasi. Rumus yang digunakan untuk menghitung besarnya energi yang diserap oleh ikatan pada gugus fungsi adalah: •
E = h.ν = h.C /λ = h.C / v
•
E = energi yang diserap
•
h = tetapan Planck = 6,626 x 10-34 Joule.det
•
v = frekuensi
•
C = kecepatan cahaya = 2,998 x 108 m/det
•
λ = panjang gelombang
•
ν = bilangan gelombang
Berdasarkan pembagian daerah panjang gelombang (Tabel 1), sinar inframerah dibagi atas tiga daerah yaitu: •
a. Daerah infra merah dekat
•
b. Daerah infra merah pertengahan
•
c. Daerah infra merah jauh
Tabel 1. Daerah panjang gelombang
Jenis
Panjang gelombang Interaksi
Sinar gamma
< 10 nm
Emisi Inti
sinar-X
0,01 - 100 A
Ionisasi Atomik
Ultra ungu (UV) jauh
10-200 nm
Transisi Elektronik
Ultra ungu (UV) dekat
200-400 nm
Transisi Elektronik
400-750 nm
Transisi Elektronik 25.000 - 13.000 cm-1
Inframerah dekat
0,75 - 2,5 µm
Interaksi Ikatan
13.000 - 4.000 cm-1
Inframerah pertengahan
2,5 - 50 µm
Interaksi Ikatan
4.000 - 200 cm-1
Inframerah jauh
50 - 1.000 µm
Interaksi Ikatan
200 - 10 cm-1
sinar
tampak
(spektrum
optik)
Bilangan gelombang
Gelombang mikro
0,1 - 100 cm
serapan inti
Gelombang radio
1 - 1.000 meter
Serapan Inti
10 - 0,01 cm-1
Penafsiran Spektrum Inframerah Untuk penafsiran spektrum inframerah tidak ada aturan kaku, namun syarat-syarat tertentu yang harus dipenuhi sebagai upaya untuk menafsirkan suatu spektrum adalah •
1. Spektrum harus terselesaikan dan intensitas cukup memadai
•
2. Spektrum diperoleh dari senyawa murni
•
3. Spektrofotometer harus dikalibrasi sehingga pita yang teramati sesuai dengan
•
frekuensi atau panjang gelombangnya. Kalibrasi dapat dilakukan dengan
•
menggunakan standar yang dapat diandalkan, seperti polistirena film.
• •
4. Metode persiapan sampel harus ditentukan. Jika dalam bentuk larutan, maka konsentrasi larutan dan ketebalan sel harus ditunjukkan.
1.2. Resonansi Magnetic Nuklir Tahun 1964 adalah tahun yang tidak terlupakan sejarah kimia organik Jepang. Spektroskopi NMR awalnya diteliti oleh fisikawan yang tertarik pada sifat magnetik inti. Pengamatan pertama sinyal NMR dilakukan secara independen dan hampir simultan oleh
dua fisikawan Amerika Felix Bloch (1905-1983) dan Edward Mills Purcell (1912-1987). Keduanya mendapatkan hadiah Nobel tahun 1952. Menurut teori ini, frekuensi resonansi proton air dan parafin (hidrokarbon) identik sepanjang inti, proton yang sama yang diukur. Namun, beberapa perbedaan kecil mungkin diamati antara nilai satu frekuensi resonansi dua sampel. Pertanyaan yang timbul adalah apakah perbedaan ini adalah sifat khas alami, atau karena ketidakpastian percobaan. a. Prinsip Banyak inti (atau lebih tepat, inti dengan paling tidak jumlah proton atau neutronnya ganjil) dapat dianggap sebagai magnet kecil. Inti seperti proton (1H atau H-1) dan inti karbon-13 (13C atau C-13; kelimpahan alaminya sekitar 1%). Karbon -12 (12C), yang dijadikan standar penentuan massa, tidak bersifat magnet. Bila sampel yang mengandung 1H atau
13
C (bahkan semua senyawa organik)
ditempatkan dalam medan magnet, akan timbul interaksi antara medan magnet luar tadi dengan magnet kecil (inti). Karena ada interaksi ini, magnet kecil akan terbagi atas dua tingkat energi (tingkat yang sedikit agak lebih stabil (+) dan keadaan yang kurang stabel (-)) yang energinya berbeda. Karena dunia inti adalah dunia mikroskopik, energi yang berkaitan dengan inti ini terkuantisasi, artinya tidak kontinyu. Perbedaan energi antara dua keadaan diberikan oleh persamaan. E = γhH/2π(13.4) H kuat medan magnet luar (yakni magnet spektrometer), h tetapan Planck, γ tetapn khas bagi jenis inti tertentu, disebut dengan rasio giromagnetik dan untuk proton nilainya 2,6752 x 108 kg-1 s A (A= amper)?? Bila sampel disinari dengan gelombang elektromagnetik ν yang berkaitan dengan perbedaan energi
E, yakni, E = hν (13.5)
inti dalam keadaan (+) mengabsorbsi energi ini dan tereksitasi ke tingkat energi (-). Proses mengeksitasi inti dalam medan magnetik akan mengabsorbsi energi (resonansi) disebut nuclear magnetic resonance (NMR)?? Frekuensi gelombang elektromagnetik yang diabsorbsi diungkapkan sebagai fungsi H. ν = γH/2π(13.6) Bila kekuatan medan magnet luar, yakni magnet spektrometer, adalah 2,3490 T(tesla; 1 T = 23490 Gauss), ν yang diamati sekitar 1 x 10 8 Hz = 100 MHz??ilai frekuensi ini di daerah gelombang mikro. JSeacara prinsip, frekuensi gelombang elektromagnetik yang diserap ditentukan oleh kekuatan magnet dan jenis inti yang diamati. Namun, perubahan kecil dalam frekuensi diinduksi oleh perbedaan lingkungan kimia tempat inti tersebut berada. Perubahan ini disebut pergeseran kimia. Dalam spektroskopi 1H NMR, pergeseran kimia diungkapkan sebagai nilai relatif terhadap frekuensi absorpsi (0 Hz) tetrametilsilan standar (TMS) (CH3)4Si??ergeseran kimia tiga jenis proton dalam etanol CH3CH2OH adalah sekitar 105??25 dan 490 Hz bila direkam dengan spektrometer dengan magnet 2 1140 T (90 MHz) (Gambar 13.6(a))??arena frekuensi absorpsi proton adalah 0,9 x 108Hz (90 MHz), pergeseran kimia yang terlibat hanya bervariasi sangat kecil. Frekuensi resonansi (frekuensi absorpsi) proton (atau inti lain) sebanding dengan kekuatan magnet spektrometer. Perbandingan data spektrum akan sukar bila spektrum yang didapat dengan magnet berbeda kekuatannya. Untuk mencegah kesukaran ini, skala δ, yang tidak bergantung pada kekuatan medan magnet, dikenalkan. Nilai δ didefinisikan sebagai berikut. δ = ( ν/ν) x 106 (ppm) (13.7) perbedaan frekuensi resonansi (dalam Hz) inti yang diselidiki dari frekuensi standar TMS (dalam banyak kasus) dan ν frek uensi (dalam Hz) proton ditentukan oleh
spektrometer yang sama. Anda harus sadar bahwa Hz yang muncul di pembilang dan penyebut persamaan di atas dan oleh karena itu saling meniadakan. Karena nilai
ν/ν
sedemikian kecil, nilainya dikalikan dengan 106. Jadi nilai δ diungkapkan dalam satuan ppm. Untuk sebagian besar senyawa, nilai δ proton dalam rentang 0-10 ppm. Nilai δ tiga puncak etanol di Gambar 13. 6 adalah 1,15; 3,6 dan 5,4?? Penemuan pergeseran kimia memberikan berbagai kemajuan dalam kimia. Sejak itu spektroskopi NMR telah menjadi alat yang paling efektif untuk menentukan struktur semua jenis senyawa. Pergeseran kimia dapat dianggap sebagai ciri bagian tertentu struktur. Misalnya, pergeseran kimia proton dalam gugus metil sekitar 1 ppm apappun struktur bagian lainnya. Lebih lanjut, seperti yang ditunjukkan di Gambar 13.6, dalam hal spektra 1
H NMR, intensitas sinyal terintegrasi sebanding dengan jumlah inti yang relevan dengan
sinyalnya. Hal ini akan sangat membantu dalam penentuan struktur senyawa organik.
1.3. Resonansi Spin Elektron (ESR)
Gambar 2.7 Eksperimen berkas atom oleh Stern dan Gerlach. Interaksi radiasi pengion dengan alanin menghasilkan radikal alanin stabil yang dapat dideteksi dengan spektrometer resonansi spin elektron (RSE). Dengan menggunakan
amplitudo spectrum RSE alanin sebagai parameter, memungkinkan alanin dipakai sebagai dosimeter. Dalam penelitian ini dipelajari karakter dosimeter alanin-parafin dan alanin murni untuk berkas sinar X 6 MV dan 10 MV, serta berkas elektron 6 MeV, 9 MeV, dan 12 MeV. Pengukuran dilakukan dalam jangkauan dosis sesuai dengan penggunaan dalam radioterapi, sekitar 100 - 6000 cGy. Tanggapan kedua jenis dosimeter linear terhadap berkas sinar X maupun berkas elektron. Tanggapan dosimeter alanin-parafin tidak tergantung pada energi berkas radiasi, sedangkan hubungan sebaliknya diperoleh pada tanggapan dosimeter alanin murni. Pada umumnya sensitivitas dosimeter alanin murni lebih tinggi dibanding dengan sensitivitas dosimeter alanin-parafin. Selanjutnya, diperoleh pula informasi bahwa sensitivitas kedua jenis dosimeter alanin terhadap berkas sinar X lebih tinggi dibanding dengan sensitivitasnya terhadap berkas elektron. Disimpulkan bahwa linearitas kurva tanggapan dan ukuran dosimeter yang kecil, memungkinkan kedua jenis alanin dosimeter digunakan sebagai dosimeter alternatif in vivo.
1.4. Ultraviolet Tampak
Jika anda telah mempelajari bagian terakhir, anda akan mengetahui bahwa panjang gelombang serapan maksimum (lambda-max) tergantung pada keberadaan kromofor (gugus penyerap sinar) pada suatu molekul. Sebagai contoh, pada bagian lain anda telah mengetahui fakta bahwa ikatan rangkap dua karbon-karbon (contohnya dalam etena) mempunyai serapan maksimum pada 171 nm. Dua ikatan ganda terkonjugasi dalam buta-1,3-diena mempunyai serapan maksimum pada panjang gelombang yang lebih panjang dari 217 nm. Contoh yang sederhana (yang anda dapatkan pada tingkat ini), jika anda membandingkan puncak spektrum serapan UV-tampak yang ada dengan daftar puncak yang telah diketahui, akan mudah untuk mendapatkan gambar struktur molekul yang tidak diketahui. Penggunaan Spektrofotometer Spektrofotometer UV UV-Vis Vis Spektrofotometer UV-Vis digunakan Vis digunakan terutama untuk analisa kuantitatif, tetapi terutama untuk analisa kuantitatif, tetapi dapat juga untuk analisa kualitatif. dapat juga untuk analisa kualitatif. Untuk analisis kualitatif yang diperhatikan Untuk analisis kualitatif yang diperhatikan adalah : a. Membandingkan Membandingkan λ maksimum. maksimum. b. Membandingkan serapan (A), daya serap (a). c. Membandingkan Membandingkan spektrum spektrum serapannya serapannya Menggunakan spektra serapan untuk menentukan konsentrasi Anda harus mengingat hukum Beer-Lambert:
Menentukan konsentrasi dengan kurva kalibrasi
•
Dengan cara ini anda tidak perlu bertumpu pada nilai absorptivitas molar, reliabilitas hukum Beert-Lambert, bahkan dimensi sel larutan.
•
Yang anda lakukan adalah membuat seri larutan senyawa yang akan diamati – dengan konsentrasi yang akurat. Konsentrasi seri larutan ini harus berada pada kisaran konsentrasi yang akan ditentukan – lebih encer dan lebih pekat dari konsentrasi yang diperkirakan. Dengan larutan yang berwarna hal ini tidak sulit. Anda cukup membuat beberapa larutan dengan warna yang lebih terang dan lebih gelap.
Untuk masing-masing larutan, tentukan absorbansinya pada panjang gelombang yang memberikan serapan paling kuat – gunakan wadah yang sama. Kemudian buat grafik antara absorbansi lawan konsentrasi. Ini merupakan kurva kalibrasi. Berdasarkan hukum Beet-Lambert, absorbansi sebanding dengan konsentrasi, dan diharapkan anda akan mendapatkan garis lurus. Hal ini berlaku pada larutan encer, dan kurang cocok pada larutan pekat, sehingga anda akan mendapatkan suatu kurva. Untuk grafik yang paling baik, kurva kalibrasinya akan tampak seperti gambar berikut. (saya menggambarkannya sebagai garis lurus karena lebih mudah bagi saya untuk membuatnya, ini dapat anda peroleh jika anda bekerja pada larutan yang benar-benar encer. Tetapi jika berupa kurva, tidak masalah!)
Ingat bahwa tidak perlu dibuat garis yang melewati titik nol. Jika hukum BeerLambert bekerja sempurna, garis tersebut akan melewati titik nol, tetapi anda tidak dapat menjamin hal ini untuk konsentrasi yang anda amati.Sekarang anda harus menghitung absorbansi larutan yang tidak diketahui konsentrasinya pada panjang gelombang yang sama. Analisa Kuantitatif Untuk analisa kuantitatif dilakukan langkah-langkah sebagai berikut : * Dari zat zat murni/standar a. Pembuatan spektrum serapan. b. Pembuatan kurva kalibrasi. * Diukur Diukur pada pada λ maks maks a). Pembuatan larutan standar. Pembuatan larutan standar. b). Pengenceran sampel. Pengenceran sampel. Pembuatan spektrum serapan bertujuan untuk memperoleh panjang gelombang maksimum dari senyawa tersebut dari konsentrasi yang biasa digunakan antara 5-10 ppm 10 ppm(µg/ml). g/ml). Panjang gelombang maksimum perlu kita cari, karena akan digunakan untuk penetapan kadar. Perhitungan kadar Analisa zat tunggal Pergunakan rumus sebagai berikut :: a. A = a.b.c = log
lo l1
Dimana A = serapan daya serap; a= serapan yang disebabkan oleh zat dengan konsentrasi g/l. b = tebal kuvet, jika tidak dinyatakan apa-apa berarti 1 cm. c= konsentrasi zat, mg/ml, g/l. A = log 1/T = - log T %T = 100 x T
b. A1 : A2 = C1 : C2 Dimana : A1 = Serapan standard A2 = Serapan sampel C1 = Konsentrasi standard C2 = Konsentrasi sampel = Serapan yang disebabkan oleh zat dengan konsentrasi 1 g/100ml, tebal 1 cm.
= 10 a. ε = daya serap molar, serapan yang disebabkan = daya serap molar, serapan yang disebabkan oleh zat dengan konsentrasi mol/l, tebal 1 cm.
Anlisis Dua zat
•
Pada λ1(λ maksimum zat 1), zat 2 juga mempunyai serapan.
•
Pada λ2(λ maksimum zat 2), zat 1 juga mempunyai serapan.
•
Spektrum campuran zat 1 dan zat 2 adalah merupakan jumlah dari dua kurva ind
Analisis dengan spektrofotometri -Vis multikomponen (campuran) Untuk suatu larutan yang mengandung dua komponen yang menyerap, x dan y, serapan diukur pada dua panjang gelombang. Ketelitian yang tinggi didapatkan dengan gelombang
memilih panjang gelombang di mana panjang gelombang pengukuran
merupakan panjang gelombang di mana serapannya maksimal, karena dengan pergeseran sedikit pada kurva serapan tidak menyebabkan perubahan serapan pada kurva serapan tidak menyebabkan perubahan serapan yang terlampau jauh. yang terlampau jauh. �� Jumlah komponen dalam campuran dapat mencapai 8 Jumlah komponen dalam campuran dapat mencapai 8
kompoen dengan syarat selisih panjang gelombang kompoen dengan syarat selisih panjang gelombang maksimum antara komponen minimal 5 nm. Jika jumlah maksimum antara komponen minimal 5 nm. Jika jumlah komponen dalam sampel lebih dari 3 maka untuk komponen dalam sampel lebih dari 3 maka untuk menghitung kadar digunakan menghitung kadar digunakan software multikomponen software multikomponen yang terdapat pada alat spektrofotometer uv yang terdapat pada alat spektrofotometer uvvis. vis. �� Metode analisis yang digunakan pada analisis Metode analisis yang digunakan pada analisis multikomponen juga harus divalidasi seperti metode multikomponen juga harus divalidasi seperti metode analisis zat tunggal analisis zat tunggal 1.5 Flourosensi Ketika sebuah molekul mengabsorbsi sebuah energi cahaya untuk membuntuk suatu keadaan tereksitasi yang bisa melepaskan energi yang diperolehnya melalui mekanisme. Jika pelepasan energi terjadi dengan emisi radiasi prosesnya diistilahkan dengan luminesensi. Fluoresensi merupakan suatu cara luminesensi yang melibatkan pelepasan energi dari keadaan singlet terendah dari molekul-molekul yang mengabsorbsi. Spektropotometer fluoresensi mengukur panjang gelombang cahaya yang terabsorbsi atau teremisikan sebagai fungsi dari intensitas fluoresensi. Aplikasinya ke polimer-polimer sintetis baru saja mendapatkan momentum. Dua bidang utama yang mempunyai daya tarik untuk spektroskopi fluoresensi adalah gerak molekul dan kompatibilitas antar polimer.
1.6 Raman
Gambar. Alat Spektrokopi Raman Seperti spektrokopi IR , raman diturunkan dari transisi-transisi vibrasi dalam molekul. Ketika cahaya tampak menenai molekul-molekul , cahaya tersebut dihamburkan. Frekuensi cahaya yang terhambur tersebut bervariasi memuat model-model vibrasi dari molekulmolekul yan berhamburan. Gejala ini dinyatakan dengan efek raman. Sementara spektrum absorbsi IR merupakan indikator untuk uluran dan tekukan ikatan tak simetris, efek raman merespon model-model vibrasi simetris. Dengan demikian, spektrokopi IR dan Raman saling melengkapi. Satu kesulitan utama dalam spektrokopi Raman adalah bahwa intensitas hamburannya sangat rendah (10-8 sampai 10-5 dari intensitas yang terjadi).oleh karena itu dibutuhkan sumber cahaya monokromatik yang kuat, seperti lampu raksa arc atau dalam instrumen yang lebih modern disebut laser. Juga, karena Raman paling responsif terhadap uluran simetris dalam katan-ikatan seperti C-C atau C=C, teknik tersebut banyak diaplikasikan ke penelitian-penelitian
konformasi terhadap rantai-rantai karbon
makromolekul melalui perbandingan dengan alkan model berantai panjang (20-60 karbon ). Raman teristimewa pada manfaat adalah dalam penelitian-penelitian konformasi terhadap makro molekul biologis dalam larutan air bisa diabaikan dibandingkan dengan absorbsi yang intens dari air. 2. Hamburan Sinar X, Elektron, Dan Neutron 2.1. Hamburan sinar X
Spektroskopi difraksi sinar-X (X-ray difraction/XRD) merupakan salah satu metoda karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga sekarang. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. Ketika sinar X difokuskan ke suatu sampel Polimer (pellet atau silinder) maka terjadi dua tipe hamburan . Jika hamburan tersebut kristal sinar x dihamburkan secara koheren, artinya tidak ada perubahan panjang gelombang atau fasa antara sinar-sinar insiden dan yang dihamburkan. Hamburan koheren umumya dinyatakan sebagai difraksi sinar X, jka sampel memiliki morfologi yang non homogen (semi kristal) hamburan sebut tidak koheren
: terjadi perubahan panjang gelombang dan
fasa Hamburan tak
koheren(hamburan compton dinyatakan sebagai difraksi difusi atau yang disebut sebagai hamburan. hamburan koheren ditetapkan dengan pengukuran sudut lebar dan hamburan tak koheren dengan pengukuran sudut kecil. Pola difraksi sudut lebar terdiri dari serangkaian kerucut konsentris yang timbul dari hamburaHamburan tak koheren (hamburan compton dinyatakan sebagai difraksi difusi atau yang disebut sebagai hamburan.Hamburan tak koheren (hamburan compton dinyatakan sebagai difraksi difusi atau yang disebut sebagai hamburan. Hamburan koheren ditetapkan dengan pengukuran sudut lebar dan hamburan tak koheren dengan pengukuran sudut kecil. Pola difraksi sudut lebar terdiri dari serangkaian kerucut konsentris yang dari hamburan oleh bidang- bidang kristal, ini dicatat sebagai cincin-cincin konsentris diatas pelat sinar-xyang dilapiskan diatas suatu latar belakang difusi dari hamburan tak koheren. Ketika derajat kristalinitas naik, cincin-cincin menjadi terdefenisi dengan tajam dan ketika kristalit-kristalit di orientasikan, lingkaran-lingkaran tersebut memberikan cara ke pola busur dan spot yang lebih menyerupai pola-pola dipraksi senyawa kristal berat molekul rendah.
2.2. Hamburan Elektron
Pola difraksi diproyeksikan diatas layar mikroskop.sampel-sampel polimer harus sangat tipis dalam daerah beberapa ratus satuan angstrom. Sebagaimana dengan difraksi sinar x, informasi yang dikumpulkan oleh difraksi elektron mesti mempergunakan morfologi-dimensi kristal, derajat kekeristalan dan lain-lain. Ketika mikroskop elektron dioprasikan dalam model citra (mikroskopi elektron tranmisi),merupakan hal yang memungkinkan untuk memecahkan sifat-sifat morfologis seperti kristal-kristal tunggul polimer dengan resolusi dalam daerah 2-5 angstrom pada pembesaran 200.000-500.000 kali. 2.3. Hamburan Neutron Hamburan ini merupakan satu-satunya tehnik hamburan yang memberikan banyak informasi yang bermanfaat dari hamburan tak elastis, terutama pada hamburan oleh atomatom hidrogen, dimana penampang lintang hamburan jauh lebih tinggi daripada atom lain. -Dengan demikian, hamburan neutron elastis memberikan jenis informasi yang sama sebagaimana difraksi sinar x dan elektron,hamburan elektron tak elastis bisa dipakai untuk meneliti pergerakan atom-atom hidrogen dalam polimer. Neutron juga lebih sensitif terhadap observasi segmen-segmen berantai sangat pendek, misalnya dalam penelitianpenelitian kelipatan rantai dalam lamellae kristal.
3. Analisis Termal
Analisa termal merupakan suatu analisa dengan memberikan input kalor untuk mengetahui karakterisasi dari sampel. Suatu analisa termal memiliki keuntungan yaitu jumlah material yang dibutuhkan hanya sedikit. Hal ini memastikan keseragaman distribusi suhu dan resolusi yang tinggi. Macam-macam analisi termal : a. Kalorimetris skan diferensial b. Analisis Termal Diferensial c. Analisis Termogravimetrik (TGA) d. analisis kromatograpi 3.1. Kalorimetris skan diferensial (DSC)
Gambar: Differential Scanning Calorimetry (DSC) DSC adalah suatu teknik analisa termal yang mengukur energi yang diserap atau diemisikan oleh sampel sebagai fungsi waktu atau suhu. Ketika transisi termal terjadi pada sampel, DSC memberikan pengukuran kalorimetri dari energi transisi dengan temperatur tertentu. DSC merupakan suatu teknik analisa yang digunakan untuk mengukur energi yang diperlukan untuk mengukur energi yang diperlukan untuk membuat perbedaan temperatur antara sampel dan pembanding mendekati nol, yang dianalisa pada daerah suhu yang sama,
dalam lingkungan panas atau dingin dengan kecepatan yang teratur. Terdapat dua tipe sistem DSC yang umum digunakan, yaitu : •
Power – Compensation DSC Pada Power – Compensation DSC, suhu sampel dan pembanding diatur
secara manual dengan menggunakan tungku pembakaran yang sama dan terpisah. Suhu sampel dan pembanding dibuat sama dengan mengubah daya masukan dari kedua tungku pembakaran. Energi yang dibutuhkan untuk melakukan hal tersebut merupakan ukuran dari perubahan entalpi atau perubahan panas dari sampel terhadap pembanding. •
Heat – Flux DSC Pada Heat – Flux DSC, sampel dan pembanding dihubungkan dengan suatu
lempengan logam. Sampel dan pembanding tersebut ditempatkan dalam satu tungku pembakaran. Perubahan entalpi atau kapasitas panas dari sampel menimbulkan perbedaan temperatur sampel terhadap pembanding, laju panas yang dihasilkan nilainya lebih kecil dibandingkan dengan Differential Thermal Analysis (DTA). Hal ini dikarenakan sampel dan pembanding dalam hubungan termal yang baik. Perbedaan temperatur dicatat dan dihubungkan dengan perubahan entalpi dari sampel menggunakan percobaan kalibrasi. 3.2. Analisis Termal Diferensial Differential Thermal Analysis (DTA) adalah suatu teknik di mana suhu dari suatu sampel dibandingkan dengan material inert. Suhu dari sampel dan pembanding pada awalnya sama sampai ada kejadian yang mengakibatkan perubahan suhu seperti pelelehan, penguraian, atau perubahan struktur kristal sehingga suhu pada sampel berbeda dengan pembanding.
3.3 . Analisis Termogravimetrik (TGA)
gambar: Tipikal sistem TGA Analisis Thermogravimetric atau TGA adalah jenis pengujian yang dilakukan pada sampel untuk menentukan perubahan-perubahan dalam berat dalam kaitannya dengan perubahan suhu. Analisis semacam itu bergantung pada tingkat tinggi presisi dalam tiga ukuran: berat, suhu, dan perubahan suhu. Seperti banyak berat badan terlihat seperti kurva, kurva penurunan berat badan mungkin memerlukan transformasi sebelum hasilnya dapat ditafsirkan.
Sebuah turunan kurva penurunan berat badan dapat digunakan untuk
memberitahu titik di mana berat badan yang paling jelas. Sekali lagi, interpretasi terbatas tanpa modifikasi lebih lanjut dan deconvolution dari puncak-puncak yang tumpang tindih mungkin diperlukan. TGA yang umum digunakan dalam penelitian dan pengujian untuk menentukan karakteristik bahan-bahan seperti polimer, untuk menentukan penurunan temperatur, kandungan air menyerap bahan-bahan, tingkat komponen anorganik dan bahan organik, titik dekomposisi bahan peledak, dan pelarut residu. Hal ini juga sering digunakan untuk memperkirakan korosi kinetika pada suhu tinggi oksidasi .
Hasil pembacaan alat: rekaman suara suatu perangkat yang terisolasi buruk dalam sudut pandang mekanis; bagian tengah menunjukkan kurva kebisingan yang lebih rendah, karena di sekitarnya yang lebih rendah aktivitas manusia di malam hari 3.4 Metoda Kromatografi Pemisahan campuran senyawa menjadi senyawa murninya dan mengetahui kuantitasnya merupakan masalah penting dari pekerjaan di laboratorium kimia. Untuk itu, kemurnian bahan atau komposisi campuran dengan kandungan yang berbeda dapat dianalisis dengan benar. Kontrol kualitas, analisis bahan makanan dan lingkungan, tetapi juga kontrol dan optimasi reaksi kimia dan proses berdasarkan penentuan analitik dari kuantitas material. Teknologi yang penting untuk analisis dan pemisahan preparatif pada campuran bahan adalah kromatografi. Prinsip dasar kromatografi, seperti yang digunakan saat ini bergantung pada ahli biologi Michael Tswett (1872-1919). Dia mempublikasikan prosedur yang berhubungan dengan pemisahan dan isolasi pigment tanaman yang berwarna hijau dan kuning melalui kromatografi adsorbsi.
Ilustrasi tersebut menunjukkan pemisahan kromatografi lapis tipis dari ektrak daun maple (kiri) dan daun jeruk nipis (kanan). Ada beberapa buku yang direkomendasikan dan berhubungan dengan topik ini. Teknologi yang penting adalah kromatografi lapis tipis, gas
kromatografi dan kromatografi cair. Dasar pemisahan secara fisik, tekhnologi apparative.... dan instruksi praktis dapat ditemukan pada monograf, petunjuk praktis dan instruksi percobaan. Oleh karena itu komentar hanya diberikan pada kumpulan buku yang diketahui yang tersedia di banyak perpustakaan. 4
Uji Kimia
Uji daya nyala Merupakan sifat yang sulit di ukur dengan suatu cara yang benar karena uji-uji laboratorium berskala kecil pada umumnya tidak mencerminkan kelakuan pembakaran dalam kondisi pembakaran yang sesungguhnya, misalnya polimer seperti poliuretana yang banyak dipakai untuk kain pelapis kanpas dan furnitur tidak terbakar dengan baik jika dipakai korek api untuk membakar sampel uji yang kecil; tetapi dalam suatu ruangan pembakaran,dimana
suhu
jauh
lebih
tinggi
dan
gas-gas
mudah
terbakar
terakumulasi,sampel sampel yang sama bisa terbakar dengan dahsyat. 5. UJI MEKANIK Sifat mekanik jauh lebih bergantung pada berat molekul penutup daerah berat molekul yang sangat luas, meskipun juga mendatar pada akhirnya spectrum berat molekul yang lebih tinggi. Dimana mereka mendatar bergantung pada strukturnya untuk suatu polyolefin seperti polietilena, dimana gaya-gaya dispersi bertanggung jawab terhadap sifatsifat mekanik, pendataran bisa terjadi pada berat molekul yang relative tinggi, sedangkan dengan polimer-polimer yang sangat polar seperti poliamida, pendataran bisa terjadi pada berat molekul serendah sekitar 20000 sampai 50.000.
5.1 Uji Kekerasan
Gambar. Alat uji kekerasan Kekuatan tarik adalah tegangan yang dibutuhkan untuk mematahkan suatu sampel. Kekuatan tarik penting untuk polymer yang akan ditarik, contohnya fiber, harus mempunyai kekuatan tarik yang baik.Pengujian Kekerasan adalah satu dari sekian banyak pengujian yang dipakai, karena dapat dilaksanakan pada benda uji yang kecil tanpa kesukaran mengenai spesifikasi. Kekerasan (Hardness) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force) dan dinilai dari ukuran sifat mekanis material yang diperoleh dari
DEFORMASI PLASTIS (deformasi yang
diberikan dan setelah dilepaskan, tidak kembali ke bentuk semula akibat indentasi oleh suatu menda sebagai alat uji. Dalam hal ini bidang keilmuan yang berperan penting mempelajarinya adalah Ilmu Bahan Teknik (Metallurgy Engineering). Mengapa diperlukan pengujian kekerasan? Di dalam aplikasi manufaktur, material terutama semata diuji untuk dua pertimbangan: yang manapun ke riset karakteristik suatu material baru dan juga sebagai suatu cek mutu untuk memastikan bahwa contoh material tersebut menemukan spesifikasi kualitas tertentu .
Kekerasan juga didefinisikan sebagai kemampuan suatu material untuk menahan beban identasi atau penetrasi (penekanan). Didunia teknik, umumnya pengujian kekerasan menggunakan 4 macam metode pengujian kekerasan, yakni : 1.Brinnel(HB/BHN) 2.Rockwell(HR/RHN) 3.Vikers(HV/VHN) 4.Micro Hardness (Namun jarang sekali dipakai-red) Cara Kerja Dalam pengujian kekerasan seperti pada pengujian statik lainnya, diukur ketahanan terhadap deformasi. Tetapi ukuran penekan, beban dan ukuran penekanan, derajat pengerasan regangan, berbeda. Jadi pertama korelasi antara kekerasan yang diperoleh dengan berbagai cara pengujian kekerasan menjadi permasalahan. Tidak ada cara lain kecuali mendapatkan hubungan tersebut secara eksperimen, jadi kekerasan yang diperoleh dengan berbagai cara ditulis sebagai tabel konversi kekerasan. Tetapi hal yang diutarakan di atas berbeda menurut bahan, oleh karena itu untuk baja atau paduan tembaga perlu memakai tabel yang berlainan sesuai dengan paduan mesing-masing. Sejumlah data tersedia berkenaan dengan hubungan antara kekerasan dan kekuatan tarik atau kekuatan lelah. Hubungan ini sangan memudahkan untuk mengetahui kekuatan bahan dengan pengujian sederhana dari kekerasan. Tetapi karena hubungan itu memuat banyak faktor variabel, perlu berhati-hati dalam penggunaannya. Sebagai tambahan dalam penggunaan bagi bahan yang sama jenisnya, disarankan untuk memperhatikan metalografinya.
5.2 Uji Tekan
Adalah ketahanan terhadap tekanan. Beton merupakan contoh material yang memiliki kekuatan tekan yang bagus. Segala sesuatu yang harus menahan berat dari bawah harus mempunyai kekuatan tekan yang bagus. bahan uji diberikan gaya tekan. Rumus tegangan dan regangan sama dengan yang dipakai pada uji tarik, hanya tanda beban negative (tekan). Hasil uji akan memberikan harga negative. tegangan geser di rumuskan : F = gaya yang diberikan Ao= luas bidang permukaan.
τ=
F Ao
5.3 Uji Tarik
Gambar. Alat uji tarik Dalam dunia Engineering, seringkali kita dihadapkan pada istilah-istilah teknik seperti : tegangan tarik, tegangan geser, tegangan yang dizinkan, Tegangan, Regangan, Modulus elastisitas, dll. Mungkin bagi para ahli teknik (Engineer), istilah-istilah tersebut sudah menjadi hal yang biasa dan mereka paham akan maksud dari indeks yang ditunjukan dari
tegangan
geser,
tegangan
tarik,
dll.
Nah, yang menjadi masalah adalah istilah-istilah tersebut seringkali masih terasa asing bagi mahasiswa teknik yang baru memasuki tahun-tahun awal perkuliahan atau bahkan mungkin
mahasiswa yang sudah cukup lama mengikuti perkuliahan-pun belum sepenuhnya paham akan istilah-istilah tersebut. Pada pembahasan berikut ini, saya akan mencoba untuk berbagi pengetahuan khususnya tentang pengujian tarik.
Tujuan pengujian mekanik suatu logam, yakni dengan percobaan-percobaan yang dilakukan terhadap suatu logam untuk mendapatkan data-data yang dapat menunjukan sifat-sifat mekanik logam tersebut. Pengujian tarik bertujuan untuk mengetahui sifat-sifat mekanik dan perubahan-perubahannya dari suatu logam terhadap pembebanan tarik. Pengujian ini umumnya diperuntukan bagi pengujian beban-beban statik. Beban tarik tersebut dimulai dari nol dan berhenti pada beban atau tegangan patah tarik (Ultimate Strenght) dari logam yang bersangkutan. Beban uji yang telah dinormalisasikan ukurannya dipasang pada mesin tarik, kemudian diberi beban (gaya tarik) secara perlahan-lahan dari Nol hingga maksimum. Setiap kali dibuat Catatan mengenai perubahan (pertambahan) panjang dan gaya yang diberikan. Hasil catatan tersebut digambarkan dalam sebuah diagram Tegangan-Regangan, yang dirumuskan : Tegangan sama dengan besarnya Beban dibagi dengan Luas penampang. Dan Regangan sama dengan Pertambahan panjang dibagi dengan Panjang mula-mula. Secara umum, Diagram Tegangan-Regangan dikategorikan menjadi 2 jenis : 1. Tegangan sebenarnya (True Stress) Pada Tegangan ini, nilai Luas penampang yang dipakai adalah luas penampang saat itu (aktual), sehingga ketika terjadi Necking (pengecilan penampang), nilai Tegangan tariknya justru tetap naik. 2. Tegangan Engineering Pada Tegangan ini, nilai Luas penampang yang dipakai adalah Luas penampang mula-mula.
1. Pada pembebanan dari ol sampai mencapai titik proporsional limit, grafik masih merupakan garis lurus. Pada daerah proporsional limit ini, apabila besarnya pembebanan dibawah rentangan proporsional limit maka benda uji hanya mengalami deformasi plastis. Jadi jika gaya itu ditiadakan maka benda uji akan masih dapat kembali ke panjang mulamula. Elastic limit merupakan batas antara deformasi elastik dan deformasi plastik. Bila besarnya pembebanan melampau elastik limit ini maka grafik yang terbentuk ini merupakan garis lengkung. Karena antara nol hingga proporsional limit merupakan garis lurus, maka berlaku hubungan Tegangan dibagi dengan Regangan sama dengan Konstant, sama dengan Modulus Elastisitas (Young Modulus). 2.
Apabila tegangan sudah mencapai titik Yields Stress maka benda uji sudah mulai nampak adanya pengecilan penampang. Dan ternyata pula pada titik tersebut benda uji mengalami pertambahan panjang dengan sendirinya walaupun besarnya beban tidak ditambah. Yields Stress dapat juga disebut dengan Yeild Point (Batas Lumer). Tetapi pada umumnya banyak logam yang tidak memiliki titik atau batas lumer yang jelas, terutama pada logam-logam yang rapuh. Pada diagram Tegangan-Regangan dari jenis logam tersebut titik lumer ditentukan dari harga tegangan dimana benda uji dari logam tersebut memperoleh perpanjangan (pertambahan panjang) permanen sebesar 0,2% dari panjang mula-mula. Tegangan ini biasanya dimanakan “Tegangan Net 0,2” dan merupakan dasar untuk menentukan Yield Stress.
3. Apabila pembebanan sudah mencapai titik Ultimate Stress (Batas Patah) maka tegangan ini merupakan tegangan tarik maksimum yang mampu ditahan oleh benda uji tersebut. Pada titik tersebut, benda uji sudah menunjukan gejala-gejala patah berupa retakan-retakan. Retakan-retakan yang sudah mulai timbul pada titik Ultimate Stress akan semakin bertambah besar dan akhirnya benda uji akan patah pada titik Fracture Stress. Sifat Metalurgi Material
Brittle fracture (patah getas): 1.
Tidak ada reduksi luas penampang patahan. 2. Patahan tampak lebih mengkilap dan bidang patahan relatif tegak lurus terhadap tegangan tarik. 3. Disebabkan oleh pembebanan dinamis dan temperatur kerja yang rendah (contoh : Kasus yang terjadi pada Kapal Titanic).
Ductile fracture (patah ulet): Ada reduksi luas penampang patahan. Tempo patah lebih lama. c. Daerah patahan lebih halus dan berserabut.
5.4. Uji Mulur Adalah ketahanan terhadap tegangan yang datang secara tiba-tiba. Polimer mempunyai kekuatan impak jika dia kuat saat dipukul dengan keras secara tiba-tiba seperti dengan palu. Titik luluh terjadi pada daerah dimana deformasi plastis mudah terjadi pada logam grafik σ-ε berbelok secara bertahap sehingga titik luluh ditentukan dari awal perubahan kurva σ-ε dari linier ke lengkung. Titik ini di sebut batas proporsional ( titik p pada gambar). Pada kenyataannya titik p ini tidak bisa ditentukan secara pasti. Kesepakatan di buat dimana di tarik garis lurus paralel, dengan kurva σ-ε dengan harga ε = 0.002. Perpotongan garis ini dengan kurva σ-ε didefinisikan sebagai kekuatan luluh τy.
6. Mikroskop elektron Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang menggunakan elektro statik dan elektro magnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop elektron ini menggunakan jauh lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya. Fenomena elektron Pada tahun 1920 ditemukan suatu fenomena di mana elektron yang dipercepat dalam suatu kolom elektromagnet, dalam suasana hampa udara (vakum) berkarakter seperti cahaya, dengan panjang gelombang yang 100.000 kali lebih kecil dari cahaya. Selanjutnya ditemukan juga bahwa medan listrik dan medan magnet dapat berperan sebagai lensa dan cermin seperti pada lensa gelas dalam mikroskop cahaya.Jenis-jenis mikroskop electron : a. Mikroskop transmisi elektron (TEM) b. Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM) c. Mikroskop pemindai elektron (SEM)
d. Mikroskop pemindai lingkungan elektron (ESEM)e. Mikroskop refleksi elektron (REM)
6.1 Mikroskop transmisi elektron (TEM) Mikroskop transmisi elektron (Transmission electron microscope-TEM)adalah sebuah mikroskop elektron yang cara kerjanya mirip dengan cara kerja proyektor slide, di mana elektron ditembuskan ke dalam obyek pengamatan dan pengamat mengamati hasil tembusannya pada layar. Sejarah penemuan Seorang ilmuwan dari universitas Berlin yaitu Dr. Ernst Ruska
[1]
menggabungkan
penemuan ini dan membangun mikroskop transmisi elektron (TEM) yang pertama pada tahun 1931. Untuk hasil karyanya ini maka dunia ilmu pengetahuan menganugerahinya hadiah Penghargaan Nobel dalam fisika pada tahun 1986. Mikroskop yang pertama kali diciptakannya adalah dengan menggunakan dua lensa medan magnet, namun tiga tahun kemudian ia menyempurnakan karyanya tersebut dengan menambahkan lensa ketiga dan mendemonstrasikan kinerjanya yang menghasilkan resolusi hingga 100 nanometer (nm) (dua kali lebih baik dari mikroskop cahaya pada masa itu). Cara kerja Mikroskop transmisi eletron saat ini telah mengalami peningkatan kinerja hingga mampu menghasilkan resolusi hingga 0,1 nm (atau 1 angstrom) atau sama dengan pembesaran sampai satu juta kali. Meskipun banyak bidang-bidang ilmu pengetahuan yang berkembang pesat dengan bantuan mikroskop transmisi elektron ini. Adanya persyaratan bahwa "obyek pengamatan harus setipis mungkin" ini kembali membuat sebagian peneliti tidak terpuaskan, terutama yang memiliki obyek yang tidak dapat dengan serta merta dipertipis. Karena itu pengembangan metode baru mikroskop elektron terus dilakukan.
Preparasi sediaan Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan persiapan sediaan dengan tahap sebagai berikut : 1. melakukan fiksasi, yang bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur sel yang akan diamati. fiksasi dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa glutaraldehida atau osmium tetroksida. 2. pembuatan sayatan, yang bertujuan untuk memotong sayatan hingga setipis mungkin agar mudah diamati di bawah mikroskop. Preparat dilapisi dengan monomer resin melalui proses pemanasan, kemudian dilanjutkan dengan pemotongan menggunakan mikrotom. Umumnya mata pisau mikrotom terbuat dari berlian karena berlian tersusun dari atom karbon yang padat. Oleh karena itu, sayatan yang terbentuk lebih rapi. Sayatan yang telah terbentuk diletakkan di atas cincin berpetak untuk diamati. 3. pelapisan/pewarnaan, bertujuan untuk memperbesar kontras antara preparat yang akan diamati dengan lingkungan sekitarnya. Pelapisan/pewarnaan dapat menggunakan logam berat seperti uranium dan timbal. 6.2 Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM) Mikroskop pemindai transmisi elektron (STEM)adalah merupakan salah satu tipe yang merupakan hasil pengembangan dari mikroskop transmisi elektron (TEM). Pada sistem STEM ini, electron menembus spesimen namun sebagaimana halnya dengan cara kerja SEM, optik elektron terfokus langsung pada sudut yang sempit dengan memindai obyek menggunakan pola pemindaian dimana obyek tersebut dipindai dari satu sisi ke sisi lainnya (raster) yang menghasilkan lajur-lajur titik (dots)yang membentuk gambar seperti yang dihasilkan oleh CRT pada televisi / monitor.
6.3 Mikroskop pemindai elektron (SEM)
Gambar. Alat scanning electron microscop Mikroskop pemindai elektron (SEM) yang digunakan untuk studi detil arsitektur permukaan sel (atau struktur jasad renik lainnya), dan obyek diamati secara tiga dimensi. Sejarah penemuan Tidak diketahui secara persis siapa sebenarnya penemu Mikroskop pemindai elektron (Scanning Electron Microscope-SEM) ini. Publikasi pertama kali yang mendiskripsikan teori SEM dilakukan oleh fisikawan Jerman dR. Max Knoll pada 1935, meskipun fisikawan Jerman lainnya Dr. Manfred von Ardenne mengklaim dirinya telah melakukan penelitian suatu fenomena yang kemudian disebut SEM hingga tahun 1937. Mungkin karena itu, tidak satu pun dari keduanya mendapatkan hadiah nobel untuk penemuan itu. Pada 1942 tiga orang ilmuwan Amerika yaitu Dr. Vladimir Kosma Zworykin[2], Dr. James Hillier, dan Dr. Snijder, benar-benar membangun sebuah mikroskop elektron metode pemindaian (SEM) dengan resolusi hingga 50 nm atau magnifikasi 8.000 kali. Sebagai perbandingan SEM modern sekarang ini mempunyai resolusi hingga 1 nm atau pembesaran 400.000 kali. Mikroskop elektron cara ini memfokuskan sinar elektron (electron beam) di permukaan obyek dan mengambil gambarnya dengan mendeteksi elektron yang muncul dari permukaan obyek.
Cara kerja Cara terbentuknya gambar pada SEM berbeda dengan apa yang terjadi pada mikroskop optic dan TEM. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru (elektron sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut dipindai dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT (cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat. Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi. Preparasi sediaan Agar pengamat dapat mengamati preparat dengan baik, diperlukan persiapan sediaan dengan tahap sebagai berikut : 1. melakukan fiksasi, yang bertujuan untuk mematikan sel tanpa mengubah struktur sel yang akan diamati. fiksasi dapat dilakukan dengan menggunakan senyawa glutaraldehida atau osmium tetroksida. 2. dehidrasi, yang bertujuan untuk memperendah kadar air dalam sayatan sehingga tidak mengganggu proses pengamatan. 3. pelapisan/pewarnaan, bertujuan untuk memperbesar kontras antara preparat yang akan diamati dengan lingkungan sekitarnya. Pelapisan/pewarnaan dapat menggunakan logam mulia seperti emas dan platina. 6.4 Mikroskop pemindai lingkungan elektron (ESEM) Mikroskop ini adalah merupakan pengembangan dari SEM, yang dalam bahasa Inggrisnya disebut Environmental SEM (ESEM) yang dikembangkan guna mengatasi obyek pengamatan yang tidak memenuhi syarat sebagai obyek TEM maupun SEM. Obyek yang tidak memenuhi syarat seperti ini biasanya adalah bahan alami yang ingin diamati secara detil tanpa merusak atau menambah perlakuan yang tidak perlu terhadap obyek yang apabila menggunakat alat SEM konvensional perlu ditambahkan beberapa trik yang memungkinkan hal tersebut bisa terlaksana.
Sejarah penemuan Teknologi ESEM ini dirintis oleh Gerasimos D. Danilatos, seorang kelahiran Yunani yang bermigrasi ke Australia pada akhir tahun 1972 dan memperoleh gelar Ph.D dari Universitas New South Wales (UNSW) pada tahun 1977 dengan judul disertasi Dynamic Mechanical Properties of Keratin Fibres . Dr. Danilatos ini dikenal sebagai pionir dari teknologi ESEM, yang merupakan suatu inovasi besar bagi dunia mikroskop elektron serta merupakan kemajuan fundamental dari ilmu mikroskopi. Deengan teknologi ESEM ini maka dimungkinkan bagi seorang peneliti untuk meneliti sebuah objek yang berada pada lingkungan yang menyerupai gas yang betekanan rendah (low-pressure gaseous environments) misalnya pada 10-50 Torr serta tingkat humiditas diatas 100%. Dalam arti kata lain ESEM ini memungkinkan dilakukannya penelitian obyek baik dalam keadaan kering maupun basah. Sebuah perusahaan di Boston yaitu Electro Scan Corporation pada tahun 1988 ( perusahaan ini diambil alih oleh Philips pada tahun 1996- sekarang bernama FEI Company [3] telah menemukan suatu cara guna menangkap elektron dari obyek untuk mendapatkan gambar dan memproduksi muatan positif dengan cara mendesain sebuah detektor yang dapat menangkap elektron dari suatu obyek dalam suasana tidak vakum sekaligus menjadi produsen ion positif yang akan dihantarkan oleh gas dalam ruang obyek ke permukaan obyek. Beberapa jenis gas telah dicoba untuk menguji teori ini, di antaranya adalah beberapa gas ideal, gas , dan lain lain. Namun, yang memberikan hasil gambar yang terbaik hanyalah uap air. Untuk sample dengan karakteristik tertentu uap air kadang kurang memberikan hasil yang maksimum. Pada beberapa tahun terakhir ini peralatan ESEM mulai dipasarkan oleh para produsennya dengan mengiklankan gambar-gambar jasad renik dalam keadaan hidup yang selama ini tidak dapat terlihat dengan mikroskop elektron.
Cara kerja Pertama-tama dilakukan suatu upaya untuk menghilangkan penumpukan elektron (charging) di permukaan obyek, dengan membuat suasana dalam ruang sample tidak vakum tetapi diisi dengan sedikit gas yang akan mengantarkan muatan positif ke permukaan obyek, sehingga penumpukan elektron dapat dihindari. Hal ini menimbulkan masalah karena kolom tempat elektron dipercepat dan ruang filamen di mana elektron yang dihasilkan memerlukan tingkat vakum yang tinggi. Permasalahan ini dapat diselesaikan dengan memisahkan sistem pompa vakum ruang obyek dan ruang kolom serta filamen, dengan menggunakan sistem pompa untuk masing-masing ruang. Di antaranya kemudian dipasang satu atau lebih piringan logam platina yang biasa disebut (aperture) berlubang dengan diameter antara 200 hingga 500 mikrometer yang digunakan hanya untuk melewatkan elektron , sementara tingkat kevakuman yang berbeda dari tiap ruangan tetap terjaga. 6.5 Mikroskop refleksi elektron (REM) Yang dalam bahasa Inggrisnya disebut Reflection electron microscope (REM), adalah mikroskop elektron yang memiliki cara kerja yang serupa sebagaimana halnya dengan cara kerja TEM namun sistem ini menggunakan deteksi pantulan elektron pada permukaan objek. Tehnik ini secara khusus digunakan dengan menggabungkannya dengan tehnik Refleksi difraksi elektron energi tinggi (Reflection High Energy Electron Diffraction) dan tehnik Refleksi pelepasan spektrum energi tinggi (reflection high-energy loss spectrum RHELS) Spin-Polarized Low-Energy Electron Microscopy (SPLEEM) Spin-Polarized Low-Energy Electron Microscopy (SPLEEM) ini adalah merupakan Variasi lain yang dikembangkan dari teknik yang sudah ada sebelumnya, yang digunakan untuk melihat struktur mikro dari medan magnet (en:magnetic domains).
Teknik pembuatan preparat yang digunakan pada mikroskop elektron Materi yang akan dijadikan objek pemantauan dengan menggunakan mikroskop elektron ini harus diproses sedemikian rupa sehingga menghasilkan suatu sampel yang memenuhi syarat untuk dapat digunakan sebagai preparat pada mikroskop elektron. Teknik yang digunakan dalam pembuatan preparat ada berbagai macam tergantung pada spesimen dan penelitian yang dibutuhkan, antara lain : •
Kriofiksasi yaitu suatu metode persiapan dengan menggunakan teknik pembekuan spesimen dengan cepat yang menggunakan nitrogen cair ataupun helium cair, dimana air yang ada akan membentuk kristal-kristal yang menyerupai kaca. Suatu bidang ilmu yang disebut mikroskopi cryo-elektron (cryo-electron microscopy) telah dikembangkan berdasarkan tehnik ini. Dengan pengembangan dari Mikroskopi cryo-elektron dari potongan menyerupai kaca (vitreous) atau disebut cryo-electron microscopy of vitreous sections (CEMOVIS), maka sekarang telah dimungkinkan untuk melakukan penelitian secara virtual terhadap specimen biologi dalam keadaan aslinya.
•
Fiksasi - yaitu suatu metode persiapan untuk menyiapkan suatu sampel agar tampak realistik (seperti kenyataannya ) dengan menggunakan glutaraldehid dan osmium tetroksida.
•
Dehidrasi - yaitu suatu metode persiapan dengan cara menggantikan air dengan bahan pelarut organik seperti misalnya ethanol atau aceton.
•
Penanaman (Embedding) - yaitu suatu metode persiapan dengan cara menginfiltrasi jaringan dengan resin seperti misalnya araldit atau epoksi untuk pemisahan bagian.
•
Pembelahan (Sectioning)- yaitu suatu metode persiapan untuk mendapatkan potongan tipis dari spesimen sehingga menjadikannya semi transparan terhadap elektron. Pemotongan ini bisa dilakukan dengan ultramicrotome dengan menggunakan pisau berlian untuk menghasilkan potongan yang tipis sekali. Pisau kaca juga biasa digunakan oleh karena harganya lebih murah.
•
Pewarnaan (Staining) - yaitu suatu metode persiapan dengan menggunakan metal berat seperti timah, uranium, atau tungsten untuk menguraikan elektron gambar
sehingga menghasilkan kontras antara struktur yang berlainan di mana khususnya materi biologikal banyak yang warnanya nyaris transparan terhadap elektron (objek fase lemah). •
Pembekuan fraktur (Freeze-fracture) - yaitu suatu metode persiapan yang biasanya digunakan untuk menguji membran lipid. Jaringan atau sel segar didinginkan dengan cepat (cryofixed) kemudian dipatah-patahkan atau dengan menggunakan microtome sewaktu masih berada dalam keadaan suhu nitrogen ( hingga mencapai -100% Celsius).
Patahan beku tersebut lalu diuapi dengan uap platinum atau emas dengan sudut 45 derajat pada sebuah alat evaporator en:evaporator tekanan tinggi. •
Ion Beam Milling - yaitu suatu metode mempersiapkan sebuah sampel hingga menjadi transparan terhadap elektron dengan menggunakan cara pembakaran ion( biasanya digunakan argon) pada permukaan dari suatu sudut hingga memercikkan material dari permukaannya. Kategori yang lebih rendah dari metode Ion Beam Milling ini adalah metode berikutnya adalah metode Focused ion beam milling, dimana galium ion digunakan untuk menghasilkan selaput elektron transparan pada suatu bagian spesifik pada sampel.
•
Pelapisan konduktif (Conductive Coating) - yaitu suatu metode mempersiapkan lapisan ultra tipis dari suatu material electrically-conducting . Ini dilakukan untuk mencegah terjadinya akumulasi dari medan elektrik statis pada spesimen sehubungan dengan elektron irradiasi sewaktu proses penggambaran sampel. Beberapa bahan pelapis termasuk emas, palladium (emas putih), platinum, tungsten, graphite dan lain-lain, secara khusus sangatlah penting bagi penelitian spesimen dengan SEM.
Pembuatan film dengan mikroskop ESEM Dengan melakukan penambahan peralatan video maka pengamat dapat melakukan pengamatan secara terus menerus pada obyek yang hidup.
Sebuah perusahaan film dari Perancis bahkan berhasil merekam kehidupan makhluk kecil dan memfilmkannya secara nyata. Dari beberapa film yang dibuat, film berjudul Cannibal Mites[4] memenangkan beberapa penghargaan di antaranya Edutainment award (Jepang 1999), Best scientific photography award (Perancis 1999), dan Grand prix-best popular and informative scientific film (Perancis 1999). Film ini ditayangkan juga di stasiun televisi Zweites Deutsches Fernsehen (en:ZDF) Jerman, Discovery Channel di AS dan Britania Raya. Kini perusahaan yang sama tengah menggarap film seri berjudul "Fly Wars"[5] yang rata-rata memakai sekitar lima menit pengambilan gambar dengan ESEM, pada film tersebut dapat dilihat dengan detail setiap lembar bulu yang dimiliki lalat dalam pertempurannya.
