METODE KARAKTERISASI POLIMER



1.Metode Resonansi Magnetic Nuklir (NMR)
Menurut teori ini, frekuensi resonansi proton air dan parafin (hidrokarbon) identik sepanjang inti, proton sama yang diukur. Namun, beberapa perbedaan kecil mungkin diamati antara nilai satu frekuensi resonansi dua sampel.

Prinsip
Banyak inti (atau lebih tepat, inti dengan paling tidak jumlah proton atau neutronnya ganjil) dapat dianggap sebagai magnet kecil. Inti seperti proton (1H atau H-1) dan inti karbon-13 (13C atau C-13; kelimpahan alaminya sekitar 1%). Karbon -12 (12C), yang dijadikan standar penentuan massa, tidak bersifat magnet. Bila sampel yang mengandung 1H atau 13C (bahkan semua senyawa organik) ditempatkan dalam medan magnet, akan timbul interaksi antara medan magnet luar tadi dengan magnet kecil (inti). Karena ada interaksi ini, magnet kecil akan terbagi atas dua tingkat energi (tingkat yang sedikit agak lebih stabil (+) dan keadaan yang kurang stabel (-)) yang energinya berbeda. Karena dunia inti adalah dunia mikroskopik, energi yang berkaitan dengan inti ini terkuantisasi, artinya tidak kontinyu.
Dalam spektroskopi 1H NMR, pergeseran kimia diungkapkan sebagai nilai relatif terhadap frekuensi absorpsi (0 Hz) tetrametilsilan standar (TMS) (CH3)4Si bergeseran kimia tiga jenis proton dalam etanol CH3CH2OH adalah sekitar 10525 dan 490 Hz bila direkam dengan spektrometer dengan magnet 2 1140 T (90 MHz) karena frekuensi absorpsi proton adalah 0,9 x 108Hz (90 MHz), pergeseran kimia yang terlibat hanya bervariasi sangat kecil. Frekuensi resonansi (frekuensi absorpsi) proton (atau inti lain) sebanding dengan kekuatan magnet spektrometer.
Penemuan pergeseran kimia memberikan berbagai kemajuan dalam kimia. Sejak itu spektroskopi NMR telah menjadi alat yang paling efektif untuk menentukan struktur semua jenis senyawa. Pergeseran kimia dapat dianggap sebagai ciri bagian tertentu struktur.

a.Resonansi Spin Elektron (ESR)
Interaksi radiasi pengion dengan alanin menghasilkan radikal alanin stabil yang dapat dideteksi dengan spektrometer resonansi spin elektron (ERS). Dengan menggunakan amplitudo spectrum ERS alanin sebagai parameter, memungkinkan alanin dipakai sebagai dosimeter. Dalam penelitian ini dipelajari karakter dosimeter alanin-parafin dan alanin murni untuk berkas sinar X 6 MV dan 10 MV, serta berkas elektron 6 MeV, 9 MeV, dan 12 MeV. Pengukuran dilakukan dalam jangkauan dosis sesuai dengan penggunaan dalam radioterapi, sekitar 100 - 6000 cGy. Tanggapan kedua jenis dosimeter linear terhadap berkas sinar X maupun berkas elektron.
Tanggapan dosimeter alanin-parafin tidak tergantung pada energi berkas radiasi, sedangkan hubungan sebaliknya diperoleh pada tanggapan dosimeter alanin murni. Pada umumnya sensitivitas dosimeter alanin murni lebih tinggi dibanding dengan sensitivitas dosimeter alanin-parafin.
Selanjutnya, diperoleh pula informasi bahwa sensitivitas kedua jenis dosimeter alanin terhadap berkas sinar X lebih tinggi dibanding dengan sensitivitasnya terhadap berkas elektron. Disimpulkan bahwa linearitas kurva tanggapan dan ukuran dosimeter yang kecil, memungkinkan kedua jenis alanin dosimeter digunakan sebagai dosimeter alternatif in vivo.

b.Ultraviolet Tampak
Panjang gelombang serapan maksimum (lambda-max) tergantung pada keberadaan kromofor (gugus penyerap sinar) pada suatu molekul. Sebagai contoh, pada bagian lain anda telah mengetahui fakta bahwa ikatan rangkap dua karbon-karbon (contohnya dalam etena) mempunyai serapan maksimum pada 171 nm. Dua ikatan ganda terkonjugasi dalam buta-1,3-diena mempunyai serapan maksimum pada panjang gelombang yang lebih panjang dari 217 nm. Contoh yang sederhana (yang anda dapatkan pada tingkat ini), jika anda membandingkan puncak spektrum serapan UV-tampak yang ada dengan daftar puncak yang telah diketahui, akan mudah untuk mendapatkan gambar struktur molekul yang tidak diketahui.

2.Hamburan Sinar X
Spektroskopi difraksi sinar-X (X-ray difraction/XRD) merupakan salah satu metoda karakterisasi material yang paling tua dan paling sering digunakan hingga sekarang. Teknik ini digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta untuk mendapatkan ukuran partikel. Ketika sinar X difokuskan ke suatu sampel Polimer (pellet atau silinder) maka terjadi dua tipe hamburan . Jika hamburan tersebut kristal sinar x dihamburkan secara koheren, artinya tidak ada perubahan panjang gelombang atau fasa antara sinar-sinar insiden dan yang dihamburkan.
Hamburan koheren umumya dinyatakan sebagai difraksi sinar X, jka sampel memiliki morfologi yang non homogen (semi kristal) hamburan sebut tidak koheren : terjadi perubahan panjang gelombang dan fasa. Hamburan tak koheren(hamburan compton dinyatakan sebagai difraksi difusi atau yang disebut sebagai hamburan. Hamburan koheren ditetapkan dengan pengukuran sudut lebar dan hamburan tak koheren dengan pengukuran sudut kecil. Pola difraksi sudut lebar terdiri dari serangkaian kerucut konsentris yang timbul dari hamburan. Hamburan tak koheren (hamburan compton dinyatakan sebagai difraksi difusi atau yang disebut sebagai hamburan.Hamburan tak koheren (hamburan compton dinyatakan sebagai difraksi difusi atau yang disebut sebagai hamburan. Hamburan koheren ditetapkan dengan pengukuran sudut lebar dan hamburan tak koheren dengan pengukuran sudut kecil. Pola difraksi sudut lebar terdiri dari serangkaian kerucut konsentris yang dari hamburan oleh bidang- bidang kristal, ini dicatat sebagai cincin-cincin konsentris diatas pelat sinar-xyang dilapiskan diatas suatu latar belakang difusi dari hamburan tak koheren. Ketika derajat kristalinitas naik, cincin-cincin menjadi terdefenisi dengan tajam dan ketika kristalit-kristalit di orientasikan, lingkaran-lingkaran tersebut memberikan cara ke pola busur dan spot yang lebih menyerupai pola-pola dipraksi senyawa kristal berat molekul rendah.

3.Karakterisasi dan Analisis Permukaan Polimer
a.Scanning Electron Microskopy (SEM)
Scanning Electron Microscopy (Sem) merupakan alat yang menggunakan sinar elektron berenergi tinggi untuk menguji objek yang berukuran sangat kecil. Pengujian ini dapat memperoleh informasi mengenai topografi, morfologi, komposisi dan kristalografi. SEM adalah salah satu tipe mikroskop elektron yang mampu menghasilkan resolusi tinggi dari gambaran suatu permukaan sampel. Oleh karena itu gambar yang dihasilkan oleh SEM mempunyai karakteristik secara kualitatif dalam 3 dimensi karena menggunakan elektron sebagai pengganti gelombang cahaya dan hal ini sangat berguna untuk menetukan struktur permukaan dari sampel. Mikroskop pemindai elektron (SEM) yang digunakan untuk studi detil arsitektur permukaan sel (atau struktur jasad renik lainnya), dan obyek diamati secara tiga dimensi.

Cara kerja
Pada SEM gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru (elektron sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut dipindai dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT (cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat. Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi.


Magnification
Perbesaran dalam SEM dapat dikontrol rentang hingga 6 lipat dari sekitar 10 sampai 500.000 kali. Tidak seperti optik dan mikroskop elektron transmisi, perbesaran gambar pada SEM bukan merupakan fungsi dari kekuatan lensa objektif. SEM mungkin memiliki kondensor dan objektif lensa, tapi fungsi mereka adalah untuk memfokuskan sinar ke sebuah tempat, dan bukan untuk gambar spesimen. Menyediakan senapan elektron bisa menghasilkan sebuah balok dengan diameter cukup kecil, sebuah SEM pada prinsipnya dapat bekerja sama sekali tanpa kondensor atau lensa objektif, meskipun mungkin tidak akan sangat fleksibel atau mencapai resolusi sangat tinggi.
Dalam SEM, seperti dalam scanning probe microscope, hasil perbesaran dari rasio dimensi pada spesimen raster dan raster pada layar perangkat. Dengan asumsi bahwa tampilan layar memiliki ukuran yang tetap, hasil perbesaran yang lebih tinggi dari mengurangi ukuran raster pada spesimen, dan sebaliknya. Oleh karena itu perbesaran dikendalikan oleh arus yang diberikan pada x, y pemindaian gulungan, atau tegangan yang diberikan pada x, y deflektor piring, dan bukan dengan kekuatan lensa.

b.Spektrokopis Reflektansi Total Atenuasi (ATR)
Spektrokopi reflektansi total atenuasi (ATR) adalah teknik sampling yang digunakan bersama-sama dengan spektroskopi inframerah yang memungkinkan sampel untuk diperiksa secara langsung dalam padat atau cair. ATR menggunakan properti dari pantulan internal total disebut gelombang cepat. Sebuah sinar inframerah cahaya dilewatkan melalui kristal ATR sedemikian rupa sehingga mencerminkan permukaan internal kontak dengan sampel. Refleksi ini membentuk gelombang cepat yang meluas ke dalam sampel, biasanya beberapa mikrometer. Berkas ini kemudian dikumpulkan oleh detektor seperti yang keluar dari kristal. Efek cepat ini akan berfungsi maksimal jika kristal yang terbuat dari bahan optik yang lebih tinggi indeks bias dari sampel yang sedang diteliti. Dalam kasus sampel cair, meneteskan sejumlah sample di atas permukaan kristal. Dalam contoh sampel yang solid, ditekan ke dalam kontak langsung dengan kristal. Karena gelombang cepat ke dalam sampel padat meningkat dengan kontak yang lebih intim, sampel padat biasanya dijepit tegas terhadap ATR kristal, sehingga terperangkap udara bukanlah medium gelombang, karena itu akan mendistorsi hasilnya.
Bahan khas untuk kristal ATR termasuk germanium, KRS-5 dan seng selenide, sementara silikon sangat ideal untuk digunakan di Far-daerah IR spektrum elektromagnetik.. Sifat mekanik yang sangat baik dari berlian membuat bahan yang ideal untuk ATR, terutama ketika benda padat.

c.Spektrokopi foto akustik (PAS)
Dalam Photoacoustic Spektroskopi (PAS) adalah gas yang akan diukur diradiasi oleh cahaya dimodulasi pra-panjang gelombang yang dipilih. Molekul gas menyerap sebagian energi cahaya dan mengubahnya menjadi sinyal akustik yang dideteksi oleh IR-sumber microphone. Sebuah bola panas, benda hitam. Sebuah cermin memfokuskan cahaya ke jendela sel PAS setelah berlalu cahaya dan penyaring optik. Sebuah slot disk yang berputar dan efektif terang dan menonaktifkan. Filter pita optik IR yang sempit. Setelah melewati jendela, sinar cahaya memasuki PAS-sel. Jika frekuensi cahaya bertepatan dengan pita penyerapan gas dalam sel, molekul gas akan menyerap sebagian dari cahaya. Semakin tinggi konsentrasi gas dalam sel, semakin terang akan menyerap gas absorbed. Energi, dipanaskan dan karena itu mengembang dan menyebabkan kenaikan tekanan. Ketika cahaya tekanan akan meningkat dan menurun secara bergantian - sinyal akustik dengan demikian dihasilkan. Sinyal keluaran listrik dari dua sinyal mikrofon ditambahkan dalam suatu penguat, sebelum cahaya diproses.
Prinsip kerja PAS


Keuntungan PAS
Pengukuran gas Photoacoustic didasarkan pada prinsip-prinsip dasar yang sama seperti IR konvensional berbasis gas analysers - kemampuan untuk menyerap gas sinar inframerah. Namun, ada beberapa perbedaan penting antara PAS dan teknik-teknik konvensional ini. Penyerapan (sebanding dengan konsentrasi) diukur secara langsung - tidak relatif terhadap latar belakang. Ini berarti bahwa PAS sangat akurat, dengan sangat sedikit instability. PAS semua gas dan uap dapat dipantau secara bersamaan dalam satu ruang pengukuran karena mungkin untuk mendeteksi setiap substansi yang akan dimonitor secara individual. Akhirnya, volume sampel yang diperlukan adalah sangat kecil karena volume kecil sel. Volumes down to 10 ml. Volume ke bawah untuk 10 ml. dapat diukur.

d.Analisis termal
1.Kalorimetri scan diferensial (DSC)
DSC adalah suatu teknik analisa termal yang mengukur energi yang diserap atau diemisikan oleh sampel sebagai fungsi waktu atau suhu. Ketika transisi termal terjadi pada sampel, DSC memberikan pengukuran kalorimetri dari energi transisi dengan temperatur tertentu. DSC merupakan suatu teknik analisa yang digunakan untuk mengukur energi yang diperlukan untuk mengukur energi yang diperlukan untuk membuat perbedaan temperatur antara sampel dan pembanding mendekati nol, yang dianalisa pada daerah suhu yang sama, dalam lingkungan panas atau dingin dengan kecepatan yang teratur. Terdapat dua tipe sistem DSC yang umum digunakan, yaitu :

Power – Compensation DSC
Pada Power – Compensation DSC, suhu sampel dan pembanding diatur secara manual dengan menggunakan tungku pembakaran yang sama dan terpisah. Suhu sampel dan pembanding dibuat sama dengan mengubah daya masukan dari kedua tungku pembakaran. Energi yang dibutuhkan untuk melakukan hal tersebut merupakan ukuran dari perubahan entalpi atau perubahan panas dari sampel terhadap pembanding.

-Heat – Flux DSC
Pada Heat – Flux DSC, sampel dan pembanding dihubungkan dengan suatu lempengan logam. Sampel dan pembanding tersebut ditempatkan dalam satu tungku pembakaran. Perubahan entalpi atau kapasitas panas dari sampel menimbulkan perbedaan temperatur sampel terhadap pembanding.

2.Analisis Termal Diferensial
Differential Thermal Analysis (DTA) adalah suatu teknik di mana suhu dari suatu sampel dibandingkan dengan material inert. Suhu dari sampel dan pembanding pada awalnya sama sampai ada kejadian yang mengakibatkan perubahan suhu seperti pelelehan, penguraian, atau perubahan struktur kristal sehingga suhu pada sampel berbeda dengan pembanding.

3.Analisis termomekanik (TMA)
Peranan metode analisis termal, misalnya dalam pemilihan temperature yang serasi untuk mengeringkan endapan dalam analisis gravimetri anorganik. Contohnya adalah pengendapan Mg oksinat yang dikeringkan pada 1100c. Pada temperature ini dua molekul masih terikat dalam molekul Mg-oksinat,tetapi pada 2100c, molekul tersebut terhidrasi secara total. Sebagai pertimbangan dapat ditinjau pengendapan kompleks besi cupferron menunjukkan bahwa komposisi pastinya pada setiap suhu tidak dapat ditentukan, untuk mengatasi hal ini kompleks dibakar sehingga berat materi sebagai oksidasi pada komposisi tersebut dapat diketahui. Piranti utama untuk pengerjaan ini adalah timbangan thermal.
TMA memiliki probe sensitif dalam kontaknya dengan permukaan sampel dengan sampel polimer. Ketika sampel dipanaskan probe tersebut merasakan adanya transisi-transisi thermal seperti Tg atau Tm, dengan mendeteksi perubahan volume (dilatometri) ataupun perubahan modulus. Dalam contoh yang awal dipakai tip probe yang datar, dan pada yang terakhir dipakai tip yang runcing, untuk menembus permukaan. Gerakan probe dideteksi oleh pengubah suatu variabel yang mencatat keluaran voltase proporsional dengan pergantian tersebut. TMA biasanya lebih sensitif daripada DSC atau DTA untuk mendeteksi transisi-transisi termal. Metode mekanik lainnya yang kurang umum dipakai adalah analisis anyaman torsi (TBA, torsional braid analisis). Dalam TBA suatu anyaman atau benang gelas diimpregnasi dengan sampel polimer. Sampel ini kemudian dipanaskan ketika anyaman atau benang tersebut disubyeksikan ke oskilasi-oskilasi torsi. Variasi-variasi dalam kelakuan oskilasi berkaitan dengan transisi-transisi termomekanik.

4.Analisis Termogravimetrik (TGA)
Analisis Thermogravimetric atau TGA adalah jenis pengujian yang dilakukan pada sampel untuk menentukan perubahan-perubahan dalam berat dalam kaitannya dengan perubahan suhu. Analisis semacam itu bergantung pada tingkat tinggi presisi dalam tiga ukuran: berat, suhu, dan perubahan suhu. Seperti banyak berat badan terlihat seperti kurva, kurva penurunan berat badan mungkin memerlukan transformasi sebelum hasilnya dapat ditafsirkan. Sebuah turunan kurva penurunan berat badan dapat digunakan untuk memberitahu titik di mana berat badan yang paling jelas. Sekali lagi, interpretasi terbatas tanpa modifikasi lebih lanjut dan deconvolution dari puncak-puncak yang tumpang tindih mungkin diperlukan. TGA yang umum digunakan dalam penelitian dan pengujian untuk menentukan karakteristik bahan-bahan seperti polimer, untuk menentukan penurunan temperatur, kandungan air menyerap bahan-bahan, tingkat komponen anorganik dan bahan organik, titik dekomposisi bahan peledak, dan pelarut residu. Hal ini juga sering digunakan untuk memperkirakan korosi kinetika pada suhu tinggi oksidasi.