Aku dan Dunia_ku SAJA, titik.: X-Ray Diffraction part 2

TEORI DASAR

DIFRAKSI SINAR-X (X-RAY DIFFRACTION = XRD)

Interaksi Sinar X dengan Material

Ada empat proses yang terjadi bila seberkas sinar-x ditembakkan ke sebuah atom yaitu:

1. Energi berkas sinar-x terserap oleh atom.

2. Sinar-x dihamburkan oleh atom.

3. Sinar-x dapat mengalami polarisasi.

4. Sinar-x mengalami difraksi (Bragg).

Pada proses pertama, berkas sinar-x terserap atom melalui Efek Fotolistrik yang mengakibatkan tereksitasinya atom dan/atau terlemparnya elektron-elektron dari atom. Atom akan kembali ke keadaan dasarnya dengan (1) memancarkan elektron (melalui Auger effect), atau (2) memancarkan sinar-x floresen yang memiliki panjang gelombang karakteristik atom tereksitasinya.

Pada proses yang kedua, ada bagian berkas yang mengalami hamburan tanpa kehilangan kehilangan energi (panjang gelombangnya tetap) dan ada bagian yang terhambur dengan kehilangan sebagian energi (Hamburan Compton). Jadi serapan total sinar-x terjadi karena efek fotolistrik dan hamburan Compton. Namun, hamburan Compton memiliki efek menyeluruh yang dapat diabaikan, kecuali untuk radiasi dengan panjang gelombang pendek yang mengenai material dengan berat atom rendah.

Sinar-x juga dapat mengalami polarisasi linier (seperti halnya cahaya tampak), baik parsial maupun total. Berkas sinar-x terpolarisasi dapat diperoleh dengan cara hamburan dan untuk sudut hamburan 90°, polarisasi lengkap terjadi, yaitu komponen vektor medan listrik tegak lurus bidang yang dibentuk berkas datang dan berkas terhambur.

Berkas hamburan sinar-x oleh material yang dapat diukur adalah intensitas. Intensitas berkas sinar-x yang mendekati paralel adalah fluks energi yang melewati satu satuan luasan tertentu per satuan waktu. Untuk gelombang planar monokromatik, intensitas sebanding dengan kuadrat amplitudo getaran. Intensitas radiasi yang dihasilkan oleh sumber titik (atau sumber kuasi-titik) pada arah tertentu adalah energi yang dipancarkan per detik per satuan sudut ruang pada arah itu. Pada saat pengukuran intensitas mutlak, cara termudah adalah dengan menentukan jumlah foton teremisi atau tertangkap (detektor) per satuan waktu, bisa per satuan luas atau per satuan sudut ruang.

X-Ray Difraction (XRD) adalah suatu perangkat yang memanfaatkan sifat difraksi sinar-x oleh kristal. Hal ini dikarenakan hasil difraksi oleh kristal menyebabkan pola gelap-terang, dimana pada terang pusat memiliki intensitas paling tinggi. Berdasarkan pola difraksi yang terbentuk, maka kita dapat menentukan/mengukur jarak ataom dalam kristal, dimana susunan atom dalam kristal berperan sebagai kisi difraksi.

Hasil difraksi yang dialami sinar-x oleh kristal menghasilkan interferensi maksimum yang kan diterima oleh detektor. Proses difraksi sinar-x oleh kristal dapat dijelaskan dengan hukum Bragg. W.L. Bragg menjelaskan gejala difraksi kristal dengan model sederhana. Jika sinar-X mengenai permukaan kristal, maka akan terjadi refleksi. Hamburan yang terjadi dianggap elastis (energi sinar-X tidak mengalami perubahan sebelum dan sesudah reflksi)

Beda lintasan gelombang 1 dan gelombang 2 adalah Δ=CB+BD

CB=BD= d.sinθ sehingga Δ = d.sinθ + d.sinθ =2d.sinθ

Hasil interferensi pada detektor adalah bergantung padabeda fase (δ) antara 2 sinar difraksi yang berurutan adalah

Hasil interferensi maksimum jika δ = 2πn adalah

Harga

ditentukan secara langsung dari refleksi eksperimen, sehingga jarak antara bidang

dapat dihitung. Hal ini adalah difraksi hanya mungkin terjadi jika

. Oleh karena itu, untuk mengetahui struktur kristal tidak dapat menggunakan cahaya tampak.

Bragg menjelaskan berkas difraksi kristal dengan model sederhana. Jika sinar-X mengenai permukaan kristal, maka terjadi refleksi oleh kumpulan bidang paralel. Bidang-bidang tersebut dibangun oleh atom-atom dan berperan sebagai cermin. Tampak bahawa bragg hanya menganggap sinar-X hanya mengenai atom secara utuh, tanpa melihat atom tersebut tersusun oleh apa. Setiap bidang hanya merefleksikan 10^-3 sampai 10^-5 radiasi yang datang sehingga diperlukan 10³ sampai 10⁵ bidang untuk menghasilkan berkas refleksi Bragg yang sempurna. Hamburan ini dianggap elastis, yakni energi sinar-X tidak mengalami perubahan sebelum dan sesudah pemantulan. Persamaan

, menuntut syarat agar terjasi difraksi maka haruslah

. Contohnya pada sudut Bragg berapakah terjadi refleksi oleh bidang(100) dalam suatu kristal kubik yang mempunyai konstanta kisi a=2,62

, jika digunakan sinar-X 1,38

? Sebelum mencari sudut Bragg, terlebih dahulu harus dicek apakah syarat difraksi terpenuhi atau tidak. Dari

secara jelas syarat difraksi terpenuhi, dengan demikian sudut Bragg dapat dicari

Teori hamburan memandang bahwa berkas sinar-X yang mengenai permukaan bahan, sesungguhnya mengenai elektron-elektron dalam setiap atom-atom zat padat, yang kemudian mengalami hamburan secara elastis. Hamburan sinar-X oleh elektron-elektron dalam teori atom ini menghasilkan persamaan,

1. Hukum Bragg