Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Tangerang Selatan 9-10 Juni 2015
10
Dengan memvariasi energi laser, jenis gas penyangga dan waktu tunggu deteksi akan diperoleh karakteristik dari suatu atom karbon dan senyawanya.
7,8
Gambar 1. Laser Induced Breakdown Spectroscopy LIBS.
9
Dalam penelitian ini menggunakan energi laser 80, 100 dan 120 mJ; gas penyangga : udara, nitrogen dan helium pada 1 atm; dan waktu tunggu deteksi dari 0 sampai 4 µs.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada saat laser dengan energi 80 mJ difokuskan pada permukaan sampel karbon grafit, maka sebagian kecil sampel terablasikan dan terjadi kompresi adiabatis dengan gas lingkungan
yang selanjutnya terbentuk plasma. Elektron-elektron dalam atom-atom netral karbon yang tereksitasi dalam plasma kembali ke ground state sambil mengemisikan foton dan ditangkap oleh
spektrometer dengan waktu tunggu deteksi 0 μs yang selanjutnya ditampilkan sebagai intensitas
fungsi panjang gelombang seperti pada gambar 2.
Gambar 2. Spektrum Emisi Karbon C I 247,8 nm pada tekanan 1 atm di lingkungan gas : Udara, N2 dan He
20 40
60 80
100 120
140
247 247.5
248 248.5
in te
n si
tas ,
a. u
panjang gelombang, nm
Udara, 0 μs
N2 30 mls, 0 μs
He 30 mls , 0 μs
Sampel : Lempengan Karbon grafit Energi Laser : 80 mJ
lingkungan gas : udara, N2, He 1 atm waktu tunggu deteksi : 0
μs
C I
2 4
7 .8
Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Tangerang Selatan 9-10 Juni 2015
11
Gambar 2, menunjukkan intensitas emisi atom netral karbon C I 247,8 nm fungsi panjang gelombang yang berada pada lingkungan gas udara, nitrogen N2 dan heliumHe. Grafik
menunjukkan bahwa intensitas atom karbon dilingkungan gas He paling tinggi dibandingkan di udara dan di gas N2. Ini disebabkan karena hampir semua atom karbon yang terablasi dari sampel
akan tereksitasi akibat adanya energi gelombang kejut serta cadangan gas panas yang dihasilkan oleh gas He yang selanjutnya mengemisikan foton dengan panjang gelombang 247,8 nm. Selain
dari itu, karena dilingkungan gas He dengan kemurnian 99,99, maka atom C tidak dapat berikatan gas lain seperti N, O dan H untuk membentuk molekul CN, CO dan CH sehingga
intensitas karbon paling tinggi. Sebaliknya, intensitas emisi karbon C I 247,8 nm dilingkungan gas N2 paling rendah dibandingkan dilingkungan udara maupun gas He. Ini karena sebagian besar
atom karbon yang terablasi dari sampel berekombinasi dengan gas N2 disekitarnya dan membentuk molekul CN. Untuk membuktikan kenyataan-kenyataan tersebut, maka ditinjau
spektrum molekul CN yang ditampilkan pada gambar 3.
Gambar 3. Spektrum Emisi CN pada tekanan 1 atm di lingkungan gas : Udara, N2 dan He Gambar 3 menunjukkan spektrum emisi molekul CN CN 386,03 nm ; CN 387,1 dan CN
388,3 nm dilingkungan gas udara, N2 dan He. Besarnya intensitas emisi CN kebalikan dengan nilai intensitas C pada gambar 2. Nilai intensitas emisi molekul CN yang berada pada lingkungan
gas N2 adalah paling tinggi. Seperti dijelaskan sebelumnya bahwa sebagian besar atom karbon yang terablasi dari sampel berikatan dengan gas N2 membentuk molekul CN. Demikian juga
intensitas molekul CN dilingkungan gas He adalah paling rendah yang mana ini karena hampir tidak ada gas nitrogen di lingkungan gas He sehingga atom karbon tidak berikatan dengan
20 40
60 80
100 120
380 381
382 383
384 385
386 387
388 389
390
in te
n si
tas ,
a. u
Panjang gelombang, nm
Udara, 0 μs
N2 30 mls, 0 μs
He 30 mls , 0 μs
Sampel : Lempengan Karbon grafit Energi Laser : 80 mJ
lingkungan gas : udara, N2, He 1 atm waktu tunggu deteksi : 0
μs C
N 388.
3 n
m
C N
387. 1
n m
C N
386. 03
nm
Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Tangerang Selatan 9-10 Juni 2015
12
nitrogen. Sedangkan dilingkungan udara, baik intensitas emisi karbon maupun molekul CN selalu berada diantara lingkungan gas He dan gas N2.
Untuk memahami sifat atau karakteristik emisi atom netral karbon C I 247,8 nm dan molekul CN 388,3 nm, maka perlu dilihat pengaruhnya terhadap perubahan energi laser dan waktu
tunggu deteksi delay time detection yang hasilnya seperti ditunjukkan pada gambar 4,5 dan 6.
Gambar 4. Intensitas emisi atom karbon C I 247,8 nm dan molekul CN I 388,3 nm fungsi waktu tunggu untuk energi laser 80 mJ di lingkungn udara 1 atm.
Gambar 5. Intensitas emisi atom karbon C I 247,8 nm dan molekul CN I 388,3 nm fungsi waktu tunggu untuk energi laser 100 mJ di lingkungn udara 1 atm.
5 10
15 20
25 30
35 40
45
1 2
3 4
in te
n si
ta s,
a .u
waktu tunggu deteksi, μs
CN I 388,3 nm C I 247,8 nm
sampel : lempengan Karbon grafit laser energi : 80 mJ
dilingkungan : di udara 1 atm
10 20
30 40
50 60
1 2
3 4
in te
n si
ta s,
a .u
waktu tunggu deteksi, μs
CN I 388,3 nm C I 247,8 nm
sampel : lempengan Karbon grafit laser energi : 100 mJ
dilingkungan : di udara 1 atm
Pusat Penelitian Fisika – LIPI, Tangerang Selatan 9-10 Juni 2015
