Spektrometer untuk Pengujian dan Analisis Elemen

Menganalisis komposisi dan kadar logam pengecoran

Analisis spektrokimia adalah jenis analisis kimia yang digunakan untuk menentukan susunan atom dan elektron dalam molekul senyawa kimia. Ini mengamati jumlah energi yang diserap selama perubahan gerak atau struktur. Panjang gelombang dan intensitas radiasi elektromagnet diukur untuk menghasilkan hasil terukur yang terutama digunakan untuk penilaian kualitas.

Spektroskopi dan spektrometer

Spektroskopi dan spektrometer adalah istilah yang sering muncul ketika membahas analisis spektrokimia. Sederhananya, spektroskopi adalah studi tentang energi dalam kaitannya dengan bahan sampel, dan spektrometer adalah instrumen yang digunakan selama spektrometri , tindakan spektroskopi.

Spektroskopi

Spektroskopi adalah studi tentang interaksi antara energi radiasi dan bahan sampel. Interaksi ini menghasilkan gelombang elektromagnetik dalam bentuk cahaya tampak, biasanya terlihat sebagai bunga api. Spektroskopi diperkenalkan pada tanggal ¹⁷ abad ketika Sir Isaac Newton menemukan bahwa cahaya putih dapat dipisahkan menjadi komponen warna menggunakan prisma, dan komponen ini dapat digabungkan kembali untuk membentuk cahaya putih. Ia menyadari bahwa bukan prisma yang menciptakan warna, melainkan berfungsi untuk memisahkan komponen warna cahaya putih. Pada awal 1800-an, Joseph von Fraunhofer melakukan eksperimen yang selanjutnya mengembangkan spektroskopi menjadi teknik ilmiah yang lebih tepat dan kuantitatif. Namun, baru pada tanggal 19 abad bahwa pengukuran kuantitatif cahaya yang tersebar distandarisasi dan diakui sebagai metode pengujian yang baik.

Spektrometer

Spektrometer adalah instrumen yang digunakan dalam spektroskopi yang menghasilkan garis spektrum dan mengukur panjang gelombang dan intensitasnya. Ini adalah perangkat ilmiah yang memisahkan partikel, atom, dan molekul berdasarkan massa, momentum, atau energinya. Spektrometer merupakan bagian integral dari analisis kimia dan fisika partikel. Ada dua jenis spektrometer:spektrometer optik dan massa.

Spektrometer optik

Spektrometer optik, atau hanya "spektrometer," mampu memisahkan cahaya putih dan mengukur pita warna (spektrum) sempit individu. Ini menunjukkan intensitas cahaya sebagai fungsi dari panjang gelombang atau frekuensi dan defleksi dibuat oleh pembiasan dalam prisma, atau oleh difraksi dalam kisi difraksi. Spektrometer optik menggunakan konsep dispersi optik—dan karena setiap elemen dalam sampel meninggalkan tanda spektral yang unik, analisis spektral dapat menentukan komposisi sampel itu sendiri. Spektrometer optik umum digunakan dalam industri astronomi, produksi logam, tenaga surya, dan semikonduktor.

Spektrometer massa

Spektrometer massa mengukur spektrum massa atom atau molekul yang ada dalam zat padat, cair, atau gas. Ini mencapai ini dengan mengukur rasio massa-untuk-muatan dan kelimpahan ion fase gas. Spektrometer massa digunakan dalam bidang ilmu farmasi, bioteknologi, dan geologi.

Mengapa spektrometri diperlukan?

Teknik spektroskopi berada di garis depan banyak bidang teknis. Spektrometri diperlukan untuk perannya dalam penelitian dan pengembangan, serta untuk perannya yang lebih praktis dalam analisis material untuk berbagai industri. Sains dan teknologi selalu mengandalkan spektrometri—dari studi awal hingga teknologi maju yang mendorong penelitian modern.

Spektroskopi frekuensi radio menghasilkan magnetic resonance imaging (MRI), instrumen medis terobosan yang digunakan untuk memvisualisasikan jaringan lunak internal tubuh. Spektroskopi radio dan sinar-x membuka jalan bagi penelitian astronomi tentang bintang-bintang jauh dan molekul intergalaksi. Spektroskopi optik secara rutin digunakan dalam pengaturan industri dan lingkungan untuk mengidentifikasi komposisi kimia materi. Tanpa aplikasi ini dalam spektrometri, metode identifikasi paduan dan pemeriksaan material yang cepat dan efektif saat ini tidak akan ada.

Spektroskopi emisi optik

Spektroskopi emisi optik (OES) adalah bentuk umum dari spektroskopi yang digunakan untuk menentukan komponen unsur dalam sampel logam padat. Ini banyak digunakan di pabrik pengecoran dan fasilitas produksi logam karena dapat menganalisis berbagai macam elemen dengan presisi dan akurasi tinggi. Sampel logam yang digunakan dalam OES dapat berasal dari lelehan dalam produksi logam primer dan sekunder, atau logam olahan seperti batang, pelat, kabel, dan baut.

Bagaimana cara kerja spektroskopi emisi optik?

OES menyediakan analisis kuantitatif menggunakan tiga komponen utama:sumber listrik, sistem optik, dan sistem komputer.

1) Sumber listrik

Sumber listrik diperlukan untuk mengeksitasi atom ke keadaan aktif dalam sampel logam. Sebagian kecil sampel dipanaskan hingga ribuan derajat Celcius menggunakan sumber listrik tegangan tinggi di spektrometer melalui elektroda. Pelepasan listrik dihasilkan karena perbedaan potensial listrik antara elektroda dan logam sampel. Pelepasan listrik ini menyebabkan logam sampel memanas dan menguap di permukaan.

Selama proses ini, atom yang diaktifkan menghasilkan garis emisi yang berbeda untuk setiap elemen. Ada dua jenis pelepasan listrik:busur listrik atau percikan. Busur listrik menghasilkan pelepasan listrik yang berkelanjutan, seperti kilat. Percikan listrik lebih merupakan pelepasan listrik yang tiba-tiba—pancaran cahaya singkat yang sering disertai dengan suara gertakan yang tajam.

2) Sistem optik

Sistem optik mentransfer garis emisi dari sampel yang diuapkan, yang dikenal sebagai plasma, ke dalam spektrometer. Kisi difraksi pada spektrometer berfungsi untuk memisahkan cahaya yang masuk menjadi panjang gelombang spesifik elemen. Intensitas cahaya dari setiap panjang gelombang kemudian diukur dengan detektor yang sesuai. Intensitas yang diukur selama proses ini sebanding dengan konsentrasi unsur dalam sampel logam yang diuji. Karena setiap elemen memancarkan serangkaian panjang gelombang tertentu berdasarkan struktur elektroniknya, komposisi unsur dapat ditentukan dengan mengamati panjang gelombang ini.

3) Sistem komputer

Terakhir, diperlukan sistem komputer untuk memproses data tersebut. Intensitas yang diukur diproses melalui kalibrasi yang telah ditentukan untuk menghasilkan konsentrasi unsur. Teknologi modern telah meningkatkan antarmuka pengguna untuk menawarkan hasil yang jelas dengan intervensi operator yang minimal.

OES mudah digunakan dan diterima secara luas di industri manufaktur logam. Meskipun merupakan instrumen yang populer, instrumen ini masih memiliki beberapa keterbatasan termasuk kerusakan permukaan kecil pada material sampel dan kebutuhan akan perawatan yang konstan.

SPEKTROSKOPI EMISI OPTIK
Kelebihan
Kekurangan

• Penentuan kuantitatif elemen yang cepat (biasanya kurang dari satu menit).
• Investasi modal dan biaya operasional rendah.
• Persiapan sampel mudah.
• Analisis cepat karbon, nitrogen, oksigen, fosfor, dan belerang dalam baja.
• Menghitung kandungan karbon (%) baja tahan karat atau baja paduan rendah.
• Membedakan antara baja tahan karat 304/316 dan 304L/316L.
• Menyediakan data masukan untuk penghitungan kesetaraan karbon.

• Tidak sepenuhnya "non-destruktif" (sedikit kerusakan permukaan dapat diperkirakan).
• Tidak dapat menguji bagian-bagian kecil (kurang dari ukuran sepeser pun).
• Sulit untuk diuji di ruang tertutup rapat.
• Memerlukan kalibrasi dan pemeliharaan yang konstan.
• Sertifikasi hasil rutin pihak ketiga mungkin diperlukan.

Spektrometer dalam pengecoran

Spektroskopi emisi optik dapat digunakan pada berbagai bahan dari logam murni hingga logam paduan. Pengecoran, serta industri penerbangan, otomotif, dan peralatan rumah tangga, memanfaatkan spektrometer untuk proses dan kontrol kualitas.

Spektrometer sering menjadi instrumen pilihan untuk analisis logam pengecoran karena hanya memerlukan intervensi minimal dari operator pengecoran saat digunakan untuk inspeksi, kontrol kualitas, dan identifikasi paduan. Versi stasioner dan portabel ada, keduanya dengan tingkat akurasi yang tinggi. Diperlukan kalibrasi dan pemeliharaan rutin, dan sertifikasi hasil pihak ketiga sering kali diperlukan agar hasil spektrometer dapat mempertahankan validitasnya. Spektrometer memungkinkan analisis logam sepanjang siklus hidup logam mulai dari produksi logam hingga pemrosesan, serta pada akhir masa pakainya di pabrik daur ulang.