GARl S-GARl S KARAKTERl STI K PADA PENEMBAKAN LOGAM AL DENGAN LASER EXClMER KRlPTON-FLUOR Djoko S. Pudjorahardjo Pusal Penelitian
Nuklir Yogya~arla
ABSTRAK Pengamalan yang dilakukan terhadap speklrum emisi plasma induksi laser pada penembakan logam Al dengan laser excimer KrF CA = 248 nm, E = 4 J/cm2) menunjukkan adanya gar is-gar is Al CI) dan Al CIII) dengan inlensi Las yang kual akibat lransisi alom-alom dan ion-ion Al dari keadaan eksitasi ke keadaan dasar. Oi samping ilu lerdapal juga spektrum malar akibal rekombinasi dan bremsslrahlung. ABSTRACT Observation of emission spectra of laser induced plasma during shooting of2 Al melal using KrF excimer laser C'A = 248 nm, E = 4 J/cm) shows lhal t.here are AlCl) and AlClll) lines wilh strong inlensily due to Al atoms and ions lransiti on from exci lali on slale lo ground stale. There is also continuous speclrum due lo recombinalion and bremsstahlung.
I. PENDAHULUAN Speklroskopi
emisi plasma
sat-u met-ode unt-uk analisis dasarkan emisi
plasma
pulsa
dapal
jenis
sangal
lain yang
induksi
bahan
garis-garis
yang
limbul
karaklerislik
karena
pada
penembakan
laser
kandungan
ilu plasma berguna
bahan
Garis-gar~s ini sifalnya khas unluk sehingga dari garis karaklerislik ini
unsur,
dikelahui
samping
isasi
pengamatan
laser merupakan salah Melode i ni berpadal.
pada bahan padal.
seliap
pada
pada
induksi
unsur
induksi
dapal
unluk mempelajari
lersebul.
(2)
bahan
merupakan
lersebul. sumber
kebolehjadian
Ion-ion
pada bahan yang menyerap
pada
ini
lerbenluk
(1}
Di
ion yang
lransisi
alom
karena
ion-
tenaga dari laser pulsa.
Se-
garis-garis karakteristik lerdapat juga speklrum malar dan bremskarena rekombi nasi li mbul peristiwa
slrahl ung.
(3)
23
24
Pada teristik
kesempalan
ini
ditunjukkan
garis-garis
karak-
pada penembakan logam Al dengan laser exeimer KrF CA = 248 nm). Laser exeimer adalah jenis
ion logam Al yang teramati
laser
gas
yang
panjang
gelombang
terdiri
dari
halogen
C mi sal
beroperasi
ultraviolel.
eampuran F, 2
gas
seeara pulsa pada daerah Medi urn ak ti f' 1aser exei mer
mulia
Cl2 , Br) 2
dan
Cmisal gas
Kr.
Xe.
penyangga
Ne) dengan lekanan lotal kira-kira 1.5 sampai
Ar).
gas
C mi sal
He.
4 bar. (4)
II. TATA KERJA DAN PERCOBAAN Susunan secara
peralatan
pada
skema pada gambar 1.
pengamatan Laser excimer
ini
ditunjukkan KrF CA = 248 nm)
buatan Lamda Physik tipe EMG 102 dioperasikan ulangan
20 ns.
1 Hz. tenaga pulsa 100 mJ dan lebar Radiasi
laser
dif'okuskan pada
pada f'rekuensi pulsa
euplikan
dengan menggunakan
lensa L 1• sehingga diperoleh laser sebesar 4 J/em2 pada cuplikan tersebul.
s
kira-kira logam
rapat
Al
tenaga
MONOCHR
HV
LASER EXCIMER
os c M
Gambar 1. Peralalan spektroskopi
plasma induksi
laser
M = eermin; L1 dan L2 = lensa konvergen; S = sampel; Monoehr = monokromator kisi Yvon H 25 PMT = tabung pengganda f'oton PPI 50B HV = sumber tegangan tinggi OSC = osiloskop digital HP 5402A
Jobin
25
Dengan
lensa
L z emisi
plasma
induksi
diarahkan
sedemikian
rupa sehingga bayangan jatuh pada celah masukan monokromator kisi Jobin ¥von H 25. Pada celah keluaran monokromator ini dipasang B
tabung pengganda
sebagai
tampilkan
detekt.or.
foto CPM1J buatan
Warta
pada layar osiloskop
keluaran
yang
pengganda
rat.a-rat.adari sejumlah
salama pengamatan
t.it.ikpenembakan
di-
Osiloskop
wart.a yang dit.ampilpulsa
fot.o. Set.iap 300 pulsa laser
geser untuk memperoleh
PPI 50
dihasilkan
digit.al HP 5402A.
ini dapat diprogram sedemikian sehingga kan merupakan
RCA tipe
keluaran
posisi
t.abung
cuplikan
di-
yang senant.iasa baru
berlangsung.
III. HAS! L DAN PEMBAHASAN Hasil gambar
2.
pengamat.an yang t.elah dilakukan Terlihat. ada t.iga garis
dit.unjukkan pada
karakt.erist.ik yang
ter-
amat.i dengan int.ensit.asyang kuat. yait.u dua buah garis AlCl) dan sebuah garis AlClII).
Panjang gelombang
garis-garis
ka-
rakt.erist.ikini besert.a t.ransisinya t.erangkum dalam t.abel 1.
l(mV)
Alliin -KrF
Al(t) AL(l)
2.50
Gambar 2. Spekt.rum emisi plasma induksi laser pada logam Al
26
lis
r-
z
1
P'IZ
'Jtz
1
z
P, 1D
55 Pz
5,36
.5 6s
V,1f
d:t1
I Vi:7 Iff
f
'oJ/1 dZ
F;/z $/z
8
3sS",
s~
-lf7
Sdz
- ),7) S - -)qZ
Ycm
7dz
" ~I
odz ",. r::
# tSfooo I/f·"
..,.
"dOl" .5
'b~
II
."Jelz
-ZSJ 1soo01-Z.0J .
20000-
25
J
2'35000
1
110000
115000
o 50000 Abu. 8. Nivcauschema
Gambar
des Aluminium I
Di agr am t-i l1gk at- t-el1aga
Al(I)
(5)
27
Tabel
1. Garis-garis
karakleristik
logam Al
3d 4 310 361 2p acuan -2 -3d 2p 2D 2S2S 397 2D 309,3 361,2 396,1 -2 menurut 2p gelombang Transisi Cnm) 2 3/2 Pj, 2Panjang 3/2 j,/2 P2 Pj, 3/2 teramati
(!»
lCI)
Ada
sediki l perbedaan
teramati
nilai
panjang
dengan nilai panjang gelombang
kemungkinan yang dari
antara
hal
ini
disebabkan
oleh
gelombang
yang Bes ar
pada acuan 5. resolusi
monokromator
kurang tinggi . Garis-garis karakteristik ini berasal transisi atom Al netral dan ion Al dari keadaan eksi-
lasi ke keadaan dasar. excimer
dengan
logam
"photo
ablation"
lnleraksi
radiasi
Al mengakibatkan
yaitu
terlemparnya
ultraviolet
terjadinya
laser
peristiwa
partikel-partikel
dari
permukaan logam Al setelah terjadi serapan lenaga laser exci mer. Partikel-partikel itu dapat berupa atom Al netral.
ion Al maupun elektron. Lalar dari
Cbackground)
rekombinasi
yang
berupa
dan bremsstrahlung.
spektrum
malar
Rekombinasi
jadi antara elektron dengan ion Al menghasilkan Al Tenaga dengan
Jadi
+
+ e
di kenaI
) Al
•
folon yang dihasilkan
• t.enaga Al
pada
keadaan
-
bebas
yang
ter-
foton yaitu
+ hv Cfoton) sama dengan
selisih
ditambah t.enaga kinet.ik elektron
peristiwa
berasal
rekombinasi
elektron
tenaga
Al+
yaitu
yang semula dalam Oleh karena itu
menjadi keadaan terikat. "free-bound emission". (3) sebagai
Karena
tenaga
28
kinelik
eleklron
lak tercalu,
speklrum
malar.
Bremsslrahlung
yailu
pancaran
lron
dengan
tenaga
ion
Al
maka rekombinasi
akibal alau
ai n yang
di ser ap
speklrum
ada
juga
oleh permukaan
dengan
garis
pada speklrum
elaslis
el eklron
anlara
yang dipanlulkan munculnya
"free-free
lumbukan
Dalam hal in1 juga dihasilkan
Sel
adalah
emission",
anlara
dengan
elek-
alom
AI.
malar.
panj ang
logam
248 nm yang
menghasilkan
laser
Hal ini lerbukli
AI.
cukup
gelombang
kual
inlensilasnya
emisi yang diamali.
IV KESl MPULAN Dari penembakan
hasil
pengamatan
logam
Al dengan
garis karaklerislik kual
di
laser.
samping Sebagai
dapat laser
disimpulkan excimel- KrF
AlCl) dan AlClIl)
spektrum
malar
sualu melode
kopi plasma induksi
dengan
dari
analisis
limbul plasma
padal,
laser mudah untuk dilakukan.
analisis lebih akural keslabilan linggi.
diperlukan
laser
pada garis-
inlensilas
emisi bahan
bahwa
pulsa
yang
induksi speklros-
Agar hasil
yang
mempunyai
fJCAPAN TERIMA KASIH Penelilian
ini
rangk a
Over seas
dal am
koordinir ucapan
dilakukan
oleh BPPT.
lerima
kasih
Dalam kesempalan kepada
kesempalan
program
ini di Republik
kepada
ini juga kami sampaikan selama penelilian
BATAN penulis
Federal kepada
bank
COFP)
ini penulis
dan
BPPT
sehingga
Jerman.
yang dapal
yang
dunia di -
sampaikan lelah
mem-
mengikuli
fJcapan lerima
Dr. K.-J. Schmaljko
dari KWU Erlangen, ini.
sponsor
Fell O\>lShi p Pr ogr am
berikan
Phys. H. Durchholz
dengan
kasih
dan Dipl.
RFJ, alas bimbingannya
29
ACUAN 1. ISHlZUKA, T., 519, 1983.
UWA.\.fINO, Y., "Spect.rochimica
Act.a
38B(3)",
2. SINHA,_B. K., J, "Appl. Phys. 52(8)", 5010, 1981 3. BEKEFI, G., "Principles of Laser Plasmas", John Wiley & Sons, New York, 1976. 4. PUMMER,H .• et. ai, "Laser und Opt.oelect.ronic 2", 141, 1985 5. D' Arts-Lax. "Taschenbuch fuer Chemiker und Physi ker", Band III, Springer Verlag, Berlin, 1970 TANYA JAWAB 1. Pramudita
Anggraita
- Apa arti AL(I) dan AL(III)
?
- Hengapa
Lebih tinggi
intensitas AL(III)
?
JAWABAN - AL(I) artinya atom AL netraL. - Intensitas
AL(III) Lebih
transisi pada AL(III) yang
2.
tinggi
karena
keboLehjadian
tinggi.
R. Ginting - Apakah dapat digunakan untuk anaLisis
kuantitatip
Apakah yang terjadi apabi La tidak m.enggunakan mator ?
?
monokro-
JAWABAN Spektroskopi anaLisis
pLasma induksi Laser dapat digunakan
secara kuantitatif.
- BiLa tidak m.enggunakan monokromator m.engetahui panjang yang timbuL. spektrum
untuk
kita
geLombanggaris-garis
Dengan kata Lain kita
tidak
dapat
karakterist ik
tidak dapatm.embuat
emisi yang timbuL dari pLasma
induksi.
3. I Lias Gint ing Apa fungsi monokromator dan bagaimana antara sumber Laser dan sinaI' x ?
perbedaannya
30
.JAWABAN
1 Fu.ngsi monokromator
Lombang su.atu. sinal'.
adaLah u.ntu.h mengetahu.i panjang geSu.atu. monohromator mempu.nyai ceLah
masu.han. dan ceLah keL1..taran. m.a.su.k ke su.atu. monohromator menjadi
sinar-sinar
Sinal' pol. ihromat is yang ahan terpecah Cterl.1rai')
morwkromat is
akibat
difrahsi
oLeh
kisi yang ada daLam monokromator. Panjan8 geLombang sinal' monokroma tis yang he Ll.1ar meLaLl.11~eel. ah he Lu.aran dapat terbaca pada monokromator. 2 Perbedaan antara Laser dan sinal' x : Su.mber Laser bekerja berdasar pada prin..s7~p emisi stipada atom atau. moLeku.L. mu.Lasi yang terjadi Sinar x tiniliu.L harena tra~..sisi eLektron di hu.Lit bagian tik 3.
Widdi Untu.h CIII')},
dal.alTt Ckl.1Li t }( dan L') u.ntu.k sinar dan karena
bremsstrahLu.ng
u.ntl.1h sinal'
x harakteris-
x maLar.
Usada mendapathan diperLl.1kan
1 data/jenis berapa
kaLi
spektru.m pu.7.sa Laser?
(misaLhan
AL-
.JAWABAN
Untu.k mendapatkan
1 data diperLl.1han
16 p1.J.7.salaser
ya7:
t.1.J.
denean cara ncengatl.1r osi Los,l.zop sedemihian ru.pa sehingea 16 pu.lsa Laser diperoLeh 1 harga rerata. dari setiap
