ANALISIS REAKSI UNSUR KARBON DENGAN GAS NITROGEN, OKSIGEN DAN HIDROGEN DENGAN LIBS.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2015
ANALISIS REAKSI UNSUR KARBON DENGAN GAS NITROGEN,
OKSIGEN DAN HIDROGEN DENGAN LIBS
Nyoman Wendri, Ni Nyoman Ratini, Ni Wayan Sariasih, Hery Suyanto
Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Udayana
Jl. Kampus Bukit Jimbaran, Badung-Bali. Telp/Fax : (0361)703137
nyomanwendri@yahoo.com; hery6@yahoo.com
Abstrak
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui mekanisme reaksi unsur karbon dengan gas nitrogen, oksigen
dan hidrogen di udara. Sampel yang digunakan lempengan karbon grafit. Variabel yang digunakan untuk
mengkarakterisasi unsur karbon C, molekul CN, CH dan CO adalah waktu tunggu deteksi (delay time
detection) dari 0 μs sampai 4,5 μs dengan menggunakan metode laser-induced breakdown spectroscopy
(LIBS) dengan energi laser 80 mJ, 100 mJ dan 120 mJ. Data menunjukkan bahwa pendeteksian unsur
karbon C sebaiknya dilakukan sebelum 1 μs sedangkan molekul CN, CH dan CO yang merupakan hasil
rekombinasi antara unsur C dengan gas N, O dan H dilingkungan sebaiknya pendeteksian dilakukan
diantara 1,5 μs sampai dengan 3 μs. Data juga menunjukan bahwa energi laser yang cocok untuk
karakteristik unsur karbon adalah 100 mJ dan 80 mJ untuk molekul CN, CH dan CO.
Kata kunci: unsur C, LIBS, molekul :CN, CO, CH
Abstract
The aim of this research is to study the reaction mechanism of carbon (C) with nitrogen (N), oxygen (O) and
hydrogen (H) gases in the air. The sample used in this experiment was a graphite carbon sheet with a
dimension of 0.5 x 1 x 4 cm. The variables used to characterize the C element, CN, CH and CO molecules
were delay time detection ( 0 µs till 4.5 µs ) and laser energy ( 80 mJ, 100 mJ and 120 mJ ). The data show
that the best time detection for carbon element was before 1 µs, meanwhile for CN, CH and CO as results of
recombination between C element and surrounding gas of air (N, O and H gases) were between 1.5 µs till 3
µs. The data also show that the suitable laser energy for this study were 100 mJ for C element and 80 mJ for
its molecules
Keywords : C element, LIBS, CN, CO and CH molecules
1. PENDAHULUAN
Karbon adalah unsur kimia non-logam yang disimbolkan C, bernomor atom 6 dan bervalensi 4
yang dapat membentuk ikatan kovalen (Periodic Table,2007) . Sifat-sifat fisika karbon bervariasi
bergantung pada jenis alotropnya (invsee.asu.edu , 2008). Intan memiliki konduktivitas listik yang
sangat rendah, sedangkan grafit adalah konduktor listrik yang sangat baik. Di bawah kondisi
normal, intan memiliki konduktivitas termal yang tertinggi di antara materi-materi lain yang
diketahui, tetapi grafit merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotropalotrop lainnya dan mudah bereaksi pada suhu yang sangat tinggi (sekitar 50000C), bahkan dengan
oksigen maupun nitrogen (Chemistry Operations,2008).
Berdasarkan sifat-sifat tersebut diatas, maka pada penelitian ini akan menganalisis unsur karbon
baik secara teori maupun penerapannya dengan metode sebagai berikut. Bila laser difokuskan pada
permukaan lempengan karbon, maka sebagian kecil karbon (~ 0.01 mg) akan terablasikan ke
lingkungan dengan kecepatan tinggi dan terjadi kompresi adiabatik dengan gas penyangga
lingkungan yang kemudian terbentuk gelombang kejut (shock wave)(W.S. Budi,1999). Gelombang
ini akan melepaskan energi dalam bentuk kalor yang bersuhu sekitar 5000 0K. Keadaan suhu
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2015
sebesar ini, memungkinkan atom-atom C dapat bereaksi dengan unsur-unsur lain yang ada
disekitarnya. Berhubung ablasi di lingkungan udara, maka atom C akan bereaksi dengan oksigen,
nitrogen dan hidrogen membentuk senyawa CO, CN dan CH yang mana dapat dianalisis melalui
spektra yang ditangkap oleh spektrometer HR 2500 +. Dengan memvariasi waktu tunggu deteksi
(delay time detection) dan energi laser, maka akan terlihat jelas spektrum senyawa tersebut.
Sehingga dalam penelitian ini akan mencari kondisi optimum energi laser dan waktu pendeteksian,
yang menghasilkan mekanisme reaksi CO, CN, CH dengan jelas. Semua analisis dalam penelitian
ini menggunakan laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)
2. BAHAN DAN METODE PENELITIAN.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah karbon grafit berukuran 0,5 x 1 x 4 cm. Bila
laser Nd-YAG (1064 nm, 7 ns) dengan energi 80 mJ, 100 mJ dan 120 mJ serta akumulasi 3
difokuskan pada permukaan sampel karbon (grafit), maka sebagian kecil sampel terablasikan
dengan kecepatan tinggi dan terjadi kompresi adiabatik dengan lingkungan udara dan terbentuk
plasma. Plasma berisikan elektron-elektron, atom-atom netral, ion-ion dan atom-atom tereksitasi
(D.A. Cremers, 2006 ). Elektron-elektron dalam atom-atom C yang tereksitasi akan segera kembali
ke keadaan dasar (ground state) sambil mengemisikan foton dengan panjang gelombang karbon C
247,8 nm, sedangkan ion C akan berekombinasi dengan gas lingkungan akan mengemisikan foton
dengan panjang gelombang CN 387,1 nm, CO 421,29 nm, CH 422,55 nm. Emisi-emisi ini
ditangkap oleh spectrometer HR 2500+ dan ditampilkan sebagai intensitas fungsi panjang
gelombang. Untuk mengkarakterisasi serta menganalisis mekanisme reaksi unsur C dengan gas
oksigen, nitrogen dan hydrogen maka menggunakan variabel waktu tunggu deteksi (delay time
detection) yaitu mulai dari 0 sampai dengan 4,5 µs
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Plasma terbentuk karena dipengaruhi oleh beberapa parameter yang diantaranya sifat fisik suatu
sampel (kekerasan sampel dan koefisien absorbsi), kondisi gas dilingkungan (seperti jenis gas dan
tekanan gas), dan karakteristik laser (panjang gelombang, energi dan durasi pulsa laser) serta waktu
pendeteksian (delay time detection ) (Suyanto,Hery,2013). Analisis mekanisme reaksi unsur C
dengan gas N, O dan H ditentukan dengan parameter-parameter tersebut. Dalam penelitian ini
parameter yang digunakan yaitu energi laser sebesar 80 mJ, 100 mJ dan120 mJ, dan delay time
detection dengan rentang 0 μs hingga 4,5 μs.
Laser dengan energi 80 mJ, 100 mJ, 120 mJ difokuskan pada permukaan sampel Kabon dan
terbentuk plasma. Intensitas emisi unsur karbon dan molekul CN, CO, CH dalam plasma dideteksi
sebagai fungsi waktu tunggu reaksi yang hasilnya diplot seperti pada Gambar 1, Gambar 2, Gambar
3, Gambar 4.
Gambar 1, merupakan grafik intensitas emisi unsur karbon C I 247,85 nm fungsi waktu tunggu
deteksi (delay time detection ) di lingkungan udara. Grafik menunjukkan bahwa intensitas emisi
foton unsur C untuk masing-masing energi laser terus menurun seiring dengan bertambahnya delay
time detection yang diberikan. Pada delay time detection 0 μs sampai 1,5 μs untuk energi laser 120
mJ memiliki intensitas emisi foton unsur C yang paling tinggi. Hal ini karena tingginya energi laser
di titik fokus sampel karbon yang menyebabkan banyak unsur C yang terablasi dengan kecepatan
tinggi serta tereksitasi dalam waktu yang sangat singkat, yang menyebabkan sebagian besar unsur
C belum sempat berikatan dengan unsur lain dari udara seperti N,O,H, sehingga intensitas emisi
unsur C tinggi. Sedangkan saat karbon diiradiasi dengan energi laser 80 mJ intensitas emisi foton
unsur C jauh lebih rendah dari intensitas dengan energi laser 120 mJ. Ini disebabkan karena sifat
dari unsur C itu sendiri yaitu sangat ringan dan mudah bereaksi dengan unsur lain, sehingga ketika
laser dengan energi 80 mJ diiradiasikan pada karbon, maka unsur C terablasi dengan kecepatan
lebih lambat dibandingkan pada energi 120 mJ yang mana mengakibatkan unsur C mempunyai
kesempatan berekombinasi dengan unsur-unsur N, O dan H di udara dan mengemisikan molekul
CN, CO, dan CH seperti pada Gambar 2, Gambar 3 dan Gambar 4.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2015
Gambar 1. Grafik intensitas fungsi waktu tunggu deteksi ( delay time detection)
unsur C I 247,85 nm dilingkungan udara.
Gambar 2 Grafik intensitas fungsi waktu tunggu deteksi (delay time detection)
untuk molekul CN 387,1 nm dilingkungan udara.
Gambar 2 menunjukkan grafik intensitas emisi molekul CN 387,1 nm fungsi waktu tunggu deteksi
(delay time detection ) dilingkungan udara. Berdasarkan hasil pada Gambar 1, yang menyatakan
bahwa pada energy laser 80 mJ unsur C berikatan dengan unsur lain dapat dijelaskan dengan grafik
pada Gambar 2. Berdasarkan Gambar 2 pada saat sampel karbon diirradiasi dengan energi laser 80
mJ banyak unsur C berikatan dengan CN. Sehingga intensitas emisi rata-ratanya molekul CN pada
energi laser 80 mJ lebih tinggi dibandingkan dengan energi laser 100 mJ dan 120 mJ. Hal ini
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2015
kebalikan dengan intensitas emisi unsur C pada Gambar 1 dan sudah dijelaskan sebelumnya.
Sedangkan pada energi laser 100 mJ dan 120 mJ intensitasnya turun karena energi tersebut
memiliki kecepatan yang tinggi untuk mengeksitasi unsur C. Pada delay time detection 1,5 μs
sampai 3 μs intensitas emisi molekul CN terjadi fluktuasi hal ini dikarenakan mekanisme
gelombang kejut (shock wave) yang membentuk resonansi dengan gas/udara disekelilingnya.
Unsur karbon di dalam plasma selain bereaksi dengan gas nitrogen di udara juga berikatan dengan
gas oksigen dan hydrogen seperti ditunjukan pada gambar 3 dan gambar 4. Gambar 3 dan 4
masing-masing merupakan grafik intensitas emisi molekul CO dan CH fungsi delay time detection .
Terlihat bahwa grafik tersebut mempunyai pola atau kecenderungan (trend ) yang sama. Ini
disebabkan karena gas oksigen O2 dan hidrogen H2 merupakan hasil uraian dari molekul H 2O yang
ada di udara.
Gambar 3 Grafik intensitas fungsi waktu tunggu deteksi ( delay timedetection)
untuk molekul CO 421,29 nm dilingkungan udara.
Gambar 4 Grafik intensitas fungsi waktu tunggu deteksi ( delay time detection)
untuk molekul CH 422,55 nm dilingkungan udara
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2015
Gambar 3 dan Gambar 4 pada saat delay time detection 1 μs dengan energi 120 mJ, intensitas emisi
CO dan CH sangat tinggi. Hal ini dikarenakan lingkungan yang digunakan adalah udara, dan pada
saat 1 μs tersebut energi gelombang kejut yang dihasilkan laser pada energi 120 mJ adalah tinggi
yang mana menyebabkan molekul H2O terurai menjadi gas H2 dan O2 yang kemudian
berekombinasi dengan C menjadi CO dan CH. Berdasarkan gambar 3 dan gambar 4 dapat
disimpulkan bahwa gelombang kejut terjadi pada saat sebelum 1 μs, baik untuk energi 80 mJ, 100
mJ, maupun 120 mJ, sehingga disarankan bahwa pengambilan data untuk molekul CO dan CH
sebaiknya setelah waktu 1 μs.
4. KESIMPULAN
Berdasarkan data penelitian bahwa ada korelasi nilai intensitas emisi atom karbon C dengan nilai
intensitas emisi molekul CN, CO, CH pada eksperimen di lingkungan udara 1 atm. Penurunan
intensitas emisi atom C fungsi waktu tunda deteksi akan diikuti peningkatan intensitas emisi
molekul CN. Pendeteksian atom C sebaiknya dilakukan pada waktu tunggu deteksi antara waktu 0
– 1 μs, sedangkan untuk molekul CN,CO dan CH berada antara 1 – 3 μs. Energi laser yang cocok
untuk analisi unsur C adalah 100 mJ sedangkan molekul CN,CO dan CH adalah 80 mJ.
5. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menyampaikan terimakasih atas dukungan pendanaan penelitian ini dari dana PNBP
Universitas Udayana melalui skim Hibah Penelitian Unggulan Program Studi Tahun Anggaran
2015 dengan Surat Perjanjian Penugasan Nomor: 1308/UN14.1.28.1/PP/2015
6. DAFTAR PUSTAKA
Chemistry Operations (December 15, 2003). "Carbon ". Los Alamos National Laboratory. Diakses
2008-10-09 (http://periodic.lanl.gov/elements/6.html.)
D.A. Cremers, L.J. Radziemski, 2006, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)
Fundamentals and Applications, UK :Cambridge University Press, Cambridge.
Hery Suyanto,2013 “ Karakteristik dan Fenomena Perubahan Konsentrasi Oksigen dan Nitrogen
di Udara dengan Proses Laser -Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) , Jurnal Fisika,
2013, Vol.14, No.1 Februari 2013
"Periodic Table: Date of Discovery". http://www.chemical Elements.com/. Diakses 2007-03-13
"World of Carbon - Interactive Nano-visulisation in Science &Engineering Edukation
(http://invsee.asu.edu/nmodules/carbonmod/point.html)". Diakses 2008-10-09.
W.S. Budi, H. Suyanto, K.H. Kurniawan, M.O. Tjia, K. Kagawa.” Shock Exitation and Cooling
Stage in the Laser Plasma Induced by a Q-Swictched Nd:YAG laser at Low Pressure ”.
Appl. Spectroscopy. 1999.53(6).719-730
ANALISIS REAKSI UNSUR KARBON DENGAN GAS NITROGEN,
OKSIGEN DAN HIDROGEN DENGAN LIBS
Nyoman Wendri, Ni Nyoman Ratini, Ni Wayan Sariasih, Hery Suyanto
Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Udayana
Jl. Kampus Bukit Jimbaran, Badung-Bali. Telp/Fax : (0361)703137
nyomanwendri@yahoo.com; hery6@yahoo.com
Abstrak
Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui mekanisme reaksi unsur karbon dengan gas nitrogen, oksigen
dan hidrogen di udara. Sampel yang digunakan lempengan karbon grafit. Variabel yang digunakan untuk
mengkarakterisasi unsur karbon C, molekul CN, CH dan CO adalah waktu tunggu deteksi (delay time
detection) dari 0 μs sampai 4,5 μs dengan menggunakan metode laser-induced breakdown spectroscopy
(LIBS) dengan energi laser 80 mJ, 100 mJ dan 120 mJ. Data menunjukkan bahwa pendeteksian unsur
karbon C sebaiknya dilakukan sebelum 1 μs sedangkan molekul CN, CH dan CO yang merupakan hasil
rekombinasi antara unsur C dengan gas N, O dan H dilingkungan sebaiknya pendeteksian dilakukan
diantara 1,5 μs sampai dengan 3 μs. Data juga menunjukan bahwa energi laser yang cocok untuk
karakteristik unsur karbon adalah 100 mJ dan 80 mJ untuk molekul CN, CH dan CO.
Kata kunci: unsur C, LIBS, molekul :CN, CO, CH
Abstract
The aim of this research is to study the reaction mechanism of carbon (C) with nitrogen (N), oxygen (O) and
hydrogen (H) gases in the air. The sample used in this experiment was a graphite carbon sheet with a
dimension of 0.5 x 1 x 4 cm. The variables used to characterize the C element, CN, CH and CO molecules
were delay time detection ( 0 µs till 4.5 µs ) and laser energy ( 80 mJ, 100 mJ and 120 mJ ). The data show
that the best time detection for carbon element was before 1 µs, meanwhile for CN, CH and CO as results of
recombination between C element and surrounding gas of air (N, O and H gases) were between 1.5 µs till 3
µs. The data also show that the suitable laser energy for this study were 100 mJ for C element and 80 mJ for
its molecules
Keywords : C element, LIBS, CN, CO and CH molecules
1. PENDAHULUAN
Karbon adalah unsur kimia non-logam yang disimbolkan C, bernomor atom 6 dan bervalensi 4
yang dapat membentuk ikatan kovalen (Periodic Table,2007) . Sifat-sifat fisika karbon bervariasi
bergantung pada jenis alotropnya (invsee.asu.edu , 2008). Intan memiliki konduktivitas listik yang
sangat rendah, sedangkan grafit adalah konduktor listrik yang sangat baik. Di bawah kondisi
normal, intan memiliki konduktivitas termal yang tertinggi di antara materi-materi lain yang
diketahui, tetapi grafit merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotropalotrop lainnya dan mudah bereaksi pada suhu yang sangat tinggi (sekitar 50000C), bahkan dengan
oksigen maupun nitrogen (Chemistry Operations,2008).
Berdasarkan sifat-sifat tersebut diatas, maka pada penelitian ini akan menganalisis unsur karbon
baik secara teori maupun penerapannya dengan metode sebagai berikut. Bila laser difokuskan pada
permukaan lempengan karbon, maka sebagian kecil karbon (~ 0.01 mg) akan terablasikan ke
lingkungan dengan kecepatan tinggi dan terjadi kompresi adiabatik dengan gas penyangga
lingkungan yang kemudian terbentuk gelombang kejut (shock wave)(W.S. Budi,1999). Gelombang
ini akan melepaskan energi dalam bentuk kalor yang bersuhu sekitar 5000 0K. Keadaan suhu
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2015
sebesar ini, memungkinkan atom-atom C dapat bereaksi dengan unsur-unsur lain yang ada
disekitarnya. Berhubung ablasi di lingkungan udara, maka atom C akan bereaksi dengan oksigen,
nitrogen dan hidrogen membentuk senyawa CO, CN dan CH yang mana dapat dianalisis melalui
spektra yang ditangkap oleh spektrometer HR 2500 +. Dengan memvariasi waktu tunggu deteksi
(delay time detection) dan energi laser, maka akan terlihat jelas spektrum senyawa tersebut.
Sehingga dalam penelitian ini akan mencari kondisi optimum energi laser dan waktu pendeteksian,
yang menghasilkan mekanisme reaksi CO, CN, CH dengan jelas. Semua analisis dalam penelitian
ini menggunakan laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)
2. BAHAN DAN METODE PENELITIAN.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah karbon grafit berukuran 0,5 x 1 x 4 cm. Bila
laser Nd-YAG (1064 nm, 7 ns) dengan energi 80 mJ, 100 mJ dan 120 mJ serta akumulasi 3
difokuskan pada permukaan sampel karbon (grafit), maka sebagian kecil sampel terablasikan
dengan kecepatan tinggi dan terjadi kompresi adiabatik dengan lingkungan udara dan terbentuk
plasma. Plasma berisikan elektron-elektron, atom-atom netral, ion-ion dan atom-atom tereksitasi
(D.A. Cremers, 2006 ). Elektron-elektron dalam atom-atom C yang tereksitasi akan segera kembali
ke keadaan dasar (ground state) sambil mengemisikan foton dengan panjang gelombang karbon C
247,8 nm, sedangkan ion C akan berekombinasi dengan gas lingkungan akan mengemisikan foton
dengan panjang gelombang CN 387,1 nm, CO 421,29 nm, CH 422,55 nm. Emisi-emisi ini
ditangkap oleh spectrometer HR 2500+ dan ditampilkan sebagai intensitas fungsi panjang
gelombang. Untuk mengkarakterisasi serta menganalisis mekanisme reaksi unsur C dengan gas
oksigen, nitrogen dan hydrogen maka menggunakan variabel waktu tunggu deteksi (delay time
detection) yaitu mulai dari 0 sampai dengan 4,5 µs
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Plasma terbentuk karena dipengaruhi oleh beberapa parameter yang diantaranya sifat fisik suatu
sampel (kekerasan sampel dan koefisien absorbsi), kondisi gas dilingkungan (seperti jenis gas dan
tekanan gas), dan karakteristik laser (panjang gelombang, energi dan durasi pulsa laser) serta waktu
pendeteksian (delay time detection ) (Suyanto,Hery,2013). Analisis mekanisme reaksi unsur C
dengan gas N, O dan H ditentukan dengan parameter-parameter tersebut. Dalam penelitian ini
parameter yang digunakan yaitu energi laser sebesar 80 mJ, 100 mJ dan120 mJ, dan delay time
detection dengan rentang 0 μs hingga 4,5 μs.
Laser dengan energi 80 mJ, 100 mJ, 120 mJ difokuskan pada permukaan sampel Kabon dan
terbentuk plasma. Intensitas emisi unsur karbon dan molekul CN, CO, CH dalam plasma dideteksi
sebagai fungsi waktu tunggu reaksi yang hasilnya diplot seperti pada Gambar 1, Gambar 2, Gambar
3, Gambar 4.
Gambar 1, merupakan grafik intensitas emisi unsur karbon C I 247,85 nm fungsi waktu tunggu
deteksi (delay time detection ) di lingkungan udara. Grafik menunjukkan bahwa intensitas emisi
foton unsur C untuk masing-masing energi laser terus menurun seiring dengan bertambahnya delay
time detection yang diberikan. Pada delay time detection 0 μs sampai 1,5 μs untuk energi laser 120
mJ memiliki intensitas emisi foton unsur C yang paling tinggi. Hal ini karena tingginya energi laser
di titik fokus sampel karbon yang menyebabkan banyak unsur C yang terablasi dengan kecepatan
tinggi serta tereksitasi dalam waktu yang sangat singkat, yang menyebabkan sebagian besar unsur
C belum sempat berikatan dengan unsur lain dari udara seperti N,O,H, sehingga intensitas emisi
unsur C tinggi. Sedangkan saat karbon diiradiasi dengan energi laser 80 mJ intensitas emisi foton
unsur C jauh lebih rendah dari intensitas dengan energi laser 120 mJ. Ini disebabkan karena sifat
dari unsur C itu sendiri yaitu sangat ringan dan mudah bereaksi dengan unsur lain, sehingga ketika
laser dengan energi 80 mJ diiradiasikan pada karbon, maka unsur C terablasi dengan kecepatan
lebih lambat dibandingkan pada energi 120 mJ yang mana mengakibatkan unsur C mempunyai
kesempatan berekombinasi dengan unsur-unsur N, O dan H di udara dan mengemisikan molekul
CN, CO, dan CH seperti pada Gambar 2, Gambar 3 dan Gambar 4.
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2015
Gambar 1. Grafik intensitas fungsi waktu tunggu deteksi ( delay time detection)
unsur C I 247,85 nm dilingkungan udara.
Gambar 2 Grafik intensitas fungsi waktu tunggu deteksi (delay time detection)
untuk molekul CN 387,1 nm dilingkungan udara.
Gambar 2 menunjukkan grafik intensitas emisi molekul CN 387,1 nm fungsi waktu tunggu deteksi
(delay time detection ) dilingkungan udara. Berdasarkan hasil pada Gambar 1, yang menyatakan
bahwa pada energy laser 80 mJ unsur C berikatan dengan unsur lain dapat dijelaskan dengan grafik
pada Gambar 2. Berdasarkan Gambar 2 pada saat sampel karbon diirradiasi dengan energi laser 80
mJ banyak unsur C berikatan dengan CN. Sehingga intensitas emisi rata-ratanya molekul CN pada
energi laser 80 mJ lebih tinggi dibandingkan dengan energi laser 100 mJ dan 120 mJ. Hal ini
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2015
kebalikan dengan intensitas emisi unsur C pada Gambar 1 dan sudah dijelaskan sebelumnya.
Sedangkan pada energi laser 100 mJ dan 120 mJ intensitasnya turun karena energi tersebut
memiliki kecepatan yang tinggi untuk mengeksitasi unsur C. Pada delay time detection 1,5 μs
sampai 3 μs intensitas emisi molekul CN terjadi fluktuasi hal ini dikarenakan mekanisme
gelombang kejut (shock wave) yang membentuk resonansi dengan gas/udara disekelilingnya.
Unsur karbon di dalam plasma selain bereaksi dengan gas nitrogen di udara juga berikatan dengan
gas oksigen dan hydrogen seperti ditunjukan pada gambar 3 dan gambar 4. Gambar 3 dan 4
masing-masing merupakan grafik intensitas emisi molekul CO dan CH fungsi delay time detection .
Terlihat bahwa grafik tersebut mempunyai pola atau kecenderungan (trend ) yang sama. Ini
disebabkan karena gas oksigen O2 dan hidrogen H2 merupakan hasil uraian dari molekul H 2O yang
ada di udara.
Gambar 3 Grafik intensitas fungsi waktu tunggu deteksi ( delay timedetection)
untuk molekul CO 421,29 nm dilingkungan udara.
Gambar 4 Grafik intensitas fungsi waktu tunggu deteksi ( delay time detection)
untuk molekul CH 422,55 nm dilingkungan udara
Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2015
Gambar 3 dan Gambar 4 pada saat delay time detection 1 μs dengan energi 120 mJ, intensitas emisi
CO dan CH sangat tinggi. Hal ini dikarenakan lingkungan yang digunakan adalah udara, dan pada
saat 1 μs tersebut energi gelombang kejut yang dihasilkan laser pada energi 120 mJ adalah tinggi
yang mana menyebabkan molekul H2O terurai menjadi gas H2 dan O2 yang kemudian
berekombinasi dengan C menjadi CO dan CH. Berdasarkan gambar 3 dan gambar 4 dapat
disimpulkan bahwa gelombang kejut terjadi pada saat sebelum 1 μs, baik untuk energi 80 mJ, 100
mJ, maupun 120 mJ, sehingga disarankan bahwa pengambilan data untuk molekul CO dan CH
sebaiknya setelah waktu 1 μs.
4. KESIMPULAN
Berdasarkan data penelitian bahwa ada korelasi nilai intensitas emisi atom karbon C dengan nilai
intensitas emisi molekul CN, CO, CH pada eksperimen di lingkungan udara 1 atm. Penurunan
intensitas emisi atom C fungsi waktu tunda deteksi akan diikuti peningkatan intensitas emisi
molekul CN. Pendeteksian atom C sebaiknya dilakukan pada waktu tunggu deteksi antara waktu 0
– 1 μs, sedangkan untuk molekul CN,CO dan CH berada antara 1 – 3 μs. Energi laser yang cocok
untuk analisi unsur C adalah 100 mJ sedangkan molekul CN,CO dan CH adalah 80 mJ.
5. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menyampaikan terimakasih atas dukungan pendanaan penelitian ini dari dana PNBP
Universitas Udayana melalui skim Hibah Penelitian Unggulan Program Studi Tahun Anggaran
2015 dengan Surat Perjanjian Penugasan Nomor: 1308/UN14.1.28.1/PP/2015
6. DAFTAR PUSTAKA
Chemistry Operations (December 15, 2003). "Carbon ". Los Alamos National Laboratory. Diakses
2008-10-09 (http://periodic.lanl.gov/elements/6.html.)
D.A. Cremers, L.J. Radziemski, 2006, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)
Fundamentals and Applications, UK :Cambridge University Press, Cambridge.
Hery Suyanto,2013 “ Karakteristik dan Fenomena Perubahan Konsentrasi Oksigen dan Nitrogen
di Udara dengan Proses Laser -Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) , Jurnal Fisika,
2013, Vol.14, No.1 Februari 2013
"Periodic Table: Date of Discovery". http://www.chemical Elements.com/. Diakses 2007-03-13
"World of Carbon - Interactive Nano-visulisation in Science &Engineering Edukation
(http://invsee.asu.edu/nmodules/carbonmod/point.html)". Diakses 2008-10-09.
W.S. Budi, H. Suyanto, K.H. Kurniawan, M.O. Tjia, K. Kagawa.” Shock Exitation and Cooling
Stage in the Laser Plasma Induced by a Q-Swictched Nd:YAG laser at Low Pressure ”.
Appl. Spectroscopy. 1999.53(6).719-730