• ANALISIS TERMOGRAVIMETRI

    Logo Undip statuta.jpeg

    Dibuat Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Analisis Termal

    Disusun Oleh:
    Mei Viantikasari
    Linda Karlina

    Jurusan Kimia
    Fakultas Sains dan MAtematika
    Universitas Diponegoro
    2013

    ANALISA THERMOGRAVIMETRI (TGA)
    1.1 Pengertian Analisa Thermogravimetri
    Termogravimetri gravimetri analisis atau termal (TGA) adalah jenis pengujian yang dilakukan pada sampel untuk menentukan perubahan berat-susut(weight-loss) dalam kaitannya dengan perubahan suhu. Analisa tersebut bergantung pada tingkat presisi yang tinggi dalam tiga pengukuran: berat, suhu, dan perubahan suhu. Seperti jumlah kehilangan berat-susut(weight-loss) terlihat pada kurva, kurva berat-susut(weight-loss) mungkin memerlukan transformasi sebelum hasilnya dapat ditafsirkan. Kurva derivatif kehilangan berat-susut(weight-loss) dapat digunakan untuk memberitahu titik di mana berat-susut(weight-loss) paling jelas. Mungkin diperlukan Interpretasi terbatas tanpa modifikasi lebih lanjut dan dekonvolusi dari puncak overlapping.
    TGA umumnya digunakan dalam penelitian dan pengujian untuk menentukan karakteristik bahan seperti polimer, untuk menentukan suhu degradasi, bahan menyerap kadar air, tingkat komponen anorganik dan bahan organik, dekomposisi poin bahan peledak, dan residu pelarut. Hal ini juga sering digunakan untuk memperkirakan kinetika korosi dalam oksidasi suhu tinggi. Langkah kedua aliran panas TGA-DTA/DSC simultan dan perubahan berat-susut(weight-loss) (TGA) dalam bahan sebagai fungsi temperatur atau waktu dalam suasana yang terkendali. pengukuran simultan dari dua sifat material tidak hanya meningkatkan produktivitas, tetapi juga menyederhanakan interpretasi hasil. Informasi pelengkap yang diperoleh memungkinkan pembedaan antara peristiwa endotermik dan eksotermik yang tidak memiliki berat susut yang terkait (misalnya, peleburan dan kristalisasi) dan sesuatu yang melibatkan berat susut (misalnya, degradasi).
    Analisa biasanya terdiri dari keseimbangan presisi tinggi dengan wadah (biasanya platinum) penuh dengan sampel. Wadah ditempatkan dalam oven dipanaskan dengan listrik kecil dengan termokopel untuk mengukur suhu secara akurat. Suasana dapat dibersihkan dengan gas inert untuk mencegah oksidasi atau reaksi yang tidak diinginkan lainnya. Sebuah komputer digunakan untuk mengontrol instrumen.
    Analisis dilakukan dengan menaikkan suhu secara bertahap dan merencanakan berat (persentase) terhadap suhu. Suhu dalam banyak cara uji secara rutin mencapai 1000°C atau lebih, tapi oven sangat terisolasi hingga operator tidak akan dapat mengetahui setiap perubahan suhu. Setelah data diperoleh, kurva operasi dismooting dan lainnya dapat dilakukan seperti untuk menemukan titik-titik belok yang tepat.
    Sebuah metode yang dikenal sebagai hi-resolusi TGA/TGA dengan resolusi tinggi sering digunakan untuk memperoleh akurasi yang lebih besar di daerah di mana puncak kurva derivatif. Dalam metode ini, kenaikan suhu diperlambat sebagai meningkatkan berat-susut(weight-loss). Hal ini dilakukan agar suhu yang tepat di mana puncaknya terjadi dapat diidentifikasi lebih akurat. Beberapa perangkat TGA modern dapat diarahkan secara burnoff ke spektrofotometer inframerah untuk menganalisis komposisi.Hasilnya biasanya berupa rekaman diagram yang kontinyu.

    2. Prinsip Penggunaan Thermogravimetri analizer (TGA)
    Prinsip penggunaan TGA ialah mengukur kecepatan rata-rata perubahan massa suatu bahan/cuplikan sebagai fungsi dari suhu atau waktu pada atmosfir yang terkontrol. Pengukuran digunakan khususnya untuk menentukan komposisi dari suatu bahan atau cuplikan dan untuk memperkirakan stabilitas termal pada suhu diatas 1000oC. Metode   ini  dapat  mengkarakterisasi  suatu  bahan  atau  cuplikan  yang  dilihat  dari  kehilangan massa atau terjadinya dekomposisi, oksidasi atau dehidrasi. Mekanisme perubahan massa pada TGA ialah bahan akan mengalami kehilangan maupun kanaikan massa. Proses kehilangan massa terjadi karena adanya proses dekomposi yaitu pemutusan ikatan kimia, evaporasi yaitu kehilangan atsiri pada peningkatan suhu, reduksi yaitu interaksi bahan dengan pereduksi, dan desorpsi. Sedangkan kenaikan massa disebabkan oleh proses oksidasi yaitu interaksi bahan dengan suasana pengoksidasi, dan absorpsi.

    3. Instrumentasi Termogravimetri
    Lukaszewaki dan Redfern memaparkan criteria berikut untuk desain neraca termo yang baik:
    a.       Neraca-termo itu harus mampu terus menerus mencatat perubahan yang diselidiki sebagai suatu fungsi dari temperature dan waktu
    b.      Tungku harus mencapai temperature maksimum yang dikehendaki (dengan neraca-termo komersial dapat dikira-kira 1500oC)
    c.       Laju pemanasan adalah linear dan tereproduksikan
    d.      Pemegang contoh harus berada dalam zona panas dari tungku, dan zona ini harus seragam temperaturnya
    e.       Neraca-termo harus memiliki fasilitas-fasilitas untuk member laju pemanasan yang dapat divariasikan , untuk member kecepatan dalam berbagai atmosfer yang terkendali, dan untuk pemanasan dalam ruang hampa udara. Instrument ini harus juga mampu melaksanakan penelitian-penelitian isothermal yang tepat (akurat)
    f.       Mekanisme neraca harus dilindungi dari tungku dan dari efek gas-gas korosif
    g.      Temperatur contoh haruslah diukur secermat mungkin
    h.      Diperlukan kepekaan neraca yang sesuai untuk penelitian contoh dengan bobot kecil.
    Contoh instrument termogravimetri Stanton Redcroft TG-750

    4. Cara Menggunakan Thermogravimetri analizer (TGA)
    Cara  menggunakan Thermogravimetri analizer (TGA) bergantung pada jenis dan merk alat. Alat dengan merk yang berbeda memiliki bagian yang berbeda pula. Thermogravimetri analizer (TGA) dilengkapi dengan alat atau bagian yang berbeda-beda sehingga cara menggunakannya disesuaikan dengan jenis alat. Cara pemakaian TGA dapat dilakukan dengan material yang berupa serbuk dimasukkan ke dalam cawan kecil dari bahan platina, atau alumina ataupun teflon. Pemilihan bahan dari cawan ini perlu disesuaikan dengan bahan uji. Pastikan bahan uji tidak bereaksi dengan bahan cawan serta tidak lengket ketika dipanaskan.                          Analisa memerlukan juga bahan standar sebagai referensi dan penyeimbang dari timbangan mikro. Biasanya dipakai alumina sebagai standar yang juga perlu dimasukkan dalam cawan. Alumina dan bahan uji kemudian dimasukkan ke dalam alat TGA. Dalam melakukan analisis dengan TGA yang perlu dilakukan dengan sangat hati – hati adalah ketika meletakkan cawan – cawan diatas papan timbangan. Karena lengan dari pan timbangan sangat mudah patah sehingga dalam menempatkan dan mengambil kontainer perlu dilakukan dengan hati – hati.
    Setelah sampel dimasukkan maka kita bisa memprogram urutan pemanasannya. Pemanasan bisa diprogram sesuai dengan kebutuhan misalkan kita bisa mengatur memanaskan sampel sampai 110 C dan ditahan 10 menit kemudian pemanasan dengan cepat dilanjutkan sampai 900 C kemudian suhu diturunkan menjadi 600 C ditahan selama 30 menit. Kita dapat memprogram temperatur dan juga kecepatan pemanasan, alat ini bisa memanaskan sampai sekitar 1000 C dengan kecepatan sampai 100 C/menit atau lebih tergantung tipe alat (Mufthi 2009)

    5. Thermogravimetri analizer (TGA)
    Setiap selesai menggunakan Thermogravimetri analizer (TGA), timbangan (balance) dibersihkan dan disimpan pada tempat yang aman. Timbangan yang masih berisi pereaksi disimpan pada tempat yang jauh dari bahan lain yang berbahaya. Sebaiknya disimpan pada tempat yang tidak terkena sinar matahari secara langsung. Thermogravimetri analizer (TGA) sebelum digunakan harus diperiksa terlebih dahulu masih apakah berfungsi dengan baik atau tidak. Purge gas system pada TGA sebelum dan sesudah digunakan diperikasa apakah ada kebocoran gas atau tidak didalamnya.

    6. Bagian-bagian Thermogravimetri analizer (TGA)
    Thermogravimetri analizer (TGA) terdiri dari beberapa bagian, yaitu sensitive analytical balance, Furnace (tungku pembakar), Purge gas system, Microcomputer atau  micro processor (Singagerda 2009).
    6.1. Balance
     Berbagai jenis desin thermobalance dapat dijumpai secara komersil, jenis-jenisnya berdasarkan pada penyediaan informasi kuantitatif cuplikan dalam range massa, antara 1 mg – 100 g. Jenis balance yang umum  digunakan  adalah  yang  memiliki   range  antara  5-20  mg.  Prinsip  yang   terjadi  adalah  adanya perubahan  massa  cuplikan  menyebabkan  defleksi  pada  beam  yang  terpapar  sorotan  cahaya  antara lampu dan satu atau dua fotodioda. Ketidaksetimbangan pada fotodioda diamplifikasi dan masuk pada bagian  E,  dimana  bagian   ini  berada  diantara  kutub  dari  magnet  yang  permanent  oleh  F.  Adanya peningkatan  medan  magnet  menyebabkan  beam  kembali  pada  kondisi  awal.  Peningkatan  fotodioda dimonitor  dan  ditransformasi  menjadi   informasi  dalam  bentuk  massa  atau  kehilangan  massa  oleh system akuisisi data.
    6.2. Furnace
    Range   suhu  pada   sebagian  besar   furnace  adalah   sampai  1500oC.  Umumnya   kecepatan   rata-rata pemanasan atau pendinginan pada furnace dapat dipilih antara lebih dari 0oC/menit sampai 200oC/menit. Insulasi  dan  pendinginan  pada  bagian   luar   furnace  dibuat  untuk  menghindari   transfer  panas  pada balance.  Nitrogen  atau  argon  sering  digunakan  untuk  melindungi furnace  dan  menghindari  oksidasi cuplikan.

    7. Contoh aplikasi  dengan Thermogravimetri analizer (TGA)
                Thermogravimetri   sangat   penting   digunakan   pada   kajian  mengenai   polimer.   Thermogram   dapat memberikan  informasi mengenai mekanisme  dekomposisi  pada  berbagai  macam polimer. TGA  dapat  digunakan  untuk  analisis  kinetik.  Kecepatan   rata-rata  pada  proses  kinetika   tidak  hanya tergantung pada  suhu spesimen,  melainkan   juga  tergantung pada  waktu dimana  dia  dapat  bertahan pada  suhu  tersebut. Secara  tipikal, analisis  kinetika  terdiri dari parameter-parameter seperti Energi aktivasi (Ea), orde reaksi (k), dll. Energi aktivasi (Ea) dapat ditentukan pada jumlah energi minimum yang diperlukan untuk menginisiasi proses kimia. Thermogravimetri juga dapat digunakan untuk analisis kuantitatif untuk campuran calsium, stronsium dan ion barium. Ketiga-tiganya pada presipitat awal berada dalam bentuk monohidrat oksalat.
                Aplikasi  TGA  dan  Analisis  termal   lain,  seperti  TMA  dapat  digunakan  pada  karakterisasi  dan  evaluasi bahan  baku  pembuatan  obat,  misalnya  karakterisasi  dan  evaluasi  yang  pada IPN hidrogel terhadap pelepasan  antibiotic.  Dalam  penelitian   ini,  TGA  digunakan  untuk  mengetahui  proses  degradasi  yang terjadi, sementara TMA digunakan untuk mengamati kekuatan penetrasi. Penggunaan TMA secara tunggal dapat digunakan untuk menentukan viscositas obat amorf, misalnya indometacin. Pada penerapannya, temperature yang dipilih adalah temperature yang dekat dan sesuai dengan temperature transisi calorimetric glass.

    8. Kurva Analisis Termogravimetri
    Instrumen Dasar yang diperlukan untuk termogravimetri adalah sebuah neraca presisi dengan suatu tungku yang diprogramkan untuk kenaikan temperature secara linier dengan waktu. Hasil-hasil bisa disajikan sebagai: (1) Kurva termogravimetri dimana perubahan bobot sebagai fungsi dari temperature atau waktu, atau (2) sebgai kurva termogravimetri turunan, dimana turunan pertama dari kurva termogravimetri terhadap temperature atau waktu.
    Sebuah kurva termogravimetri yang khas untuk tembaga sulfat pentahidrat CuSO4.5H2O, diberikan dalam gambar dibawah.

     








    Sifat-sifat kurva Termogravimetri berikut hendaklah diperhatikan
    a.       Bagian-bagian horizontal (dataran=plato) menunjukan daerah dimana tak ada perubahan bobot
    b.      Bagin yang melengkung menunjukan kehilangan bobot
    c.       Karena kurva TG adalah kuantitatif perhitungan-perhitungan atau stoikiometri senyawaan dapat dibuat pada setiap temperatur yang ditentukan

    0 komentar :

    Posting Komentar