Mikroskop elektron adalah sebuah mikroskop yang mampu untuk
melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, yang menggunakan elektro statik dan elektro magnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan
gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek serta resolusi yang jauh lebih
bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop elektron ini menggunakan jauh
lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang
lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya.
Fenomena elektron
Pada tahun 1920 ditemukan suatu fenomena di mana elektron yang
dipercepat dalam suatu kolom [elektromagnet], dalam suasana hampa udara (vakum)
berkarakter seperti cahaya, dengan panjang gelombang yang 100.000 kali lebih
kecil dari cahaya. Selanjutnya ditemukan juga bahwa medan listrik dan medan magnet dapat berperan sebagai
lensa dan cermin seperti pada lensa gelas dalam mikroskop cahaya.
Jenis-jenis mikroskop
elektron
1. SEM
Mikroskop pemindai
elektron (SEM)
Mikroskop pemindai
elektron (SEM) yang digunakan untuk studi detail arsitektur permukaan sel (atau struktur jasad renik lainnya), dan obyek
diamati secara tiga dimensi.
Sejarah penemuan
Tidak diketahui secara
persis siapa sebenarnya penemu Mikroskop pemindai elektron (Scanning Electron
Microscope-SEM) ini. Publikasi pertama kali yang mendiskripsikan teori SEM
dilakukan oleh fisikawan Jerman dR. Max Knoll pada 1935, meskipun fisikawan Jerman lainnya Dr. Manfred von Ardenne mengklaim dirinya telah melakukan
penelitian suatu fenomena yang kemudian disebut SEM hingga tahun 1937. Mungkin karena itu, tidak satu pun dari keduanya
mendapatkan hadiah nobel untuk penemuan itu.
Pada 1942 tiga orang ilmuwan Amerika yaitu Dr. Vladimir Kosma Zworykin, Dr. James Hillier, dan Dr. Snijder, benar-benar membangun sebuah mikroskop
elektron metode pemindaian (SEM) dengan resolusi hingga 50 nm atau magnifikasi
8.000 kali. Sebagai perbandingan SEM modern sekarang ini mempunyai resolusi
hingga 1 nm atau pembesaran 400.000 kali. Mikroskop elektron cara ini
memfokuskan sinar elektron (electron beam) di permukaan obyek dan mengambil
gambarnya dengan mendeteksi elektron yang muncul dari permukaan obyek.
Tentang SEM
Elektron memiliki resolusi yang lebih tinggi daripada cahaya. Cahaya
hanya mampu mencapai 200nm sedangkan elektron bisa mencapai resolusi sampai 0,1
– 0,2 nm. Dibawah ini diberikan perbandingan hasil gambar mikroskop cahaya
dengan elektron.
Disamping itu dengan menggunakan elektron kita juga bisa mendapatkan
beberapa jenis pantulan yang berguna untuk keperluan karakterisasi. Jika
elektron mengenai suatu benda maka akan timbul dua jenis pantulan yaitu
pantulan elastis dan pantulan non elastis seperti pada gambar dibawah ini
Pada sebuah mikroskop elektron (SEM) terdapat beberapa peralatan utama
antara lain:
1. Pistol elektron, biasanya berupa filamen yang terbuat dari unsur
yang mudah melepas elektron misal tungsten.
2. Lensa untuk elektron, berupa lensa magnetis karena elektron yang
bermuatan negatif dapat dibelokkan oleh medan magnet.
3. Sistem vakum, karena elektron sangat kecil dan ringan maka jika ada
molekul udara yang lain elektron yang berjalan menuju sasaran akan terpencar
oleh tumbukan sebelum mengenai sasaran sehingga menghilangkan molekul udara
menjadi sangat penting.
Cara kerja
Cara terbentuknya
gambar pada SEM berbeda dengan apa yang terjadi pada mikroskop optic dan TEM.
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.
Tetapi sumber lain
menyebutkan prinsip kerja SEM adalah sebagai berikut :
1. Sebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan
anoda.
2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel.
3. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel
dengan diarahkan oleh koil pemindai.
4. Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan
elektron baru yang akan diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor (CRT).
Secara lengkap skema SEM dijelaskan oleh gambar dibawah ini:
Kelemahan dari teknik SEM
antara lain:
1. Memerlukan kondisi vakum
2. Hanya menganalisa permukaan
3. Resolusi lebih rendah dari TEM. Hal ini di sebabkan oleh
panjang gelombang de Broglie yang memiliki electron lebih pendekdek daripada
gelombang optic. Karena makin kecil panjang gelombang yang digunakan maka makin
tinggi resolusi mikroskop
4. Sampel harus bahan yang konduktif, jika tidak konduktor maka perlu
dilapis logam seperti emas
2.
TEM
Mikroskop transmisi
elektron (TEM)
Mikroskop transmisi
elektron (Transmission electron microscope-TEM)adalah sebuah mikroskop elektron
yang cara kerjanya mirip dengan cara kerja proyektor slide, di mana elektron ditembuskan ke dalam
obyek pengamatan dan pengamat mengamati hasil tembusannya pada layar.
Sejarah penemuan
Seorang ilmuwan dari
universitas Berlin yaitu Dr. Ernst Ruska menggabungkan penemuan
ini dan membangun mikroskop transmisi elektron (TEM) yang pertama
pada tahun 1931. Untuk hasil karyanya
ini maka dunia ilmu pengetahuan menganugerahinya hadiah Penghargaan Nobel dalam fisika pada
tahun 1986. Mikroskop yang
pertama kali diciptakannya adalah dengan menggunakan dua lensa medan magnet, namun tiga tahun
kemudian ia menyempurnakan karyanya tersebut dengan menambahkan lensa ketiga
dan mendemonstrasikan kinerjanya yang menghasilkan resolusi hingga 100 nanometer (nm) (dua kali lebih
baik dari mikroskop cahaya pada masa itu).
Cara kerja
Mikroskop transmisi
eletron saat ini telah mengalami peningkatan kinerja hingga mampu menghasilkan
resolusi hingga 0,1 nm (atau 1 angstrom) atau sama dengan
pembesaran sampai satu juta kali. Meskipun banyak bidang-bidang ilmu
pengetahuan yang berkembang pesat dengan bantuan mikroskop transmisi elektron
ini.
Adanya persyaratan
bahwa "obyek pengamatan harus setipis mungkin" ini kembali membuat
sebagian peneliti tidak terpuaskan, terutama yang memiliki obyek yang tidak
dapat dengan serta merta dipertipis. Karena itu pengembangan metode baru
mikroskop elektron terus dilakukan.
Perbedaan mendasar dari
TEM dan SEM adalah pada cara bagaimana elektron yang ditembakkan oleh pistol
elektron mengenai sampel. Pada TEM, sampel yang disiapkan sangat tipis sehingga
elektron dapat menembusnya kemudian hasil dari tembusan elektron tersebut yang
diolah menjadi gambar. Sedangkan pada SEM sampel tidak ditembus oleh elektron
sehingga hanya pendaran hasil dari tumbukan elektron dengan sampel yang
ditangkap oleh detektor dan diolah. Skema perbandingan kedua alat ini disajikan
oleh gambar dibawah ini.
Prinsip kerja dari TEM
secara singkat adalah sinar elektron mengiluminasi spesimen dan menghasilkan
sebuah gambar diatas layar pospor. Gambar dilihat sebagai sebuah proyeksi dari
spesimen. Skema dari TEM lebih detil dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Sedangkan sinyal utama
yang dapat dihasilkan oleh TEM dideskripsikan pada gambar berikut:
Sinyal utama yang dapat
ditangkap atau dihasilkan dari TEM cukup banyak antara lain:
1. Diffraction Contrast
Dipakai untuk mengkarakterisasi
kristal biasa digunakan untuk menganalisa defek, endapan, ukuran butiran dan
distribusinya.
2. Phase Contrast
Dipakai untuk
menganalisa kristalin material (defek, endapan, struktur interfasa, pertumbuhan
kristal)
3. Mass/Thickness Contrast
Dipakai untuk
karakterisasi bahan amorf berpori, polimer, material lunak (biologis)
4. Electron Diffraction
5. Characteristic X-ray
(EDS)
6. Electron Energy Loss
Spectroscopy (EELS + EFTEM)
7. Scanning Transmission
Electron Microscopy (STEM)
Kelebihan dari analisa menggunakan TEM
adalah:
1. Resolusi Superior 0.1~0.2 nm, lebih besar dari
SEM (1~3 nm)
2. Mampu mendapatkan informasi komposisi
dan kristalografi dari bahan uji dengan resolusi tinggi
3. Memungkinkan untuk mendapatkan berbagai signal
dari satu lokasi yang sama.
Sedangkan kelemahannya adalah:
1. Hanya meneliti area yang sangat kecil
dari sampel.
2. Perlakuan awal dari sampel cukup rumit
sampai bisa mendapatkan gambar yang baik.
3. Elektron dapat merusak atau meninggalkan
jejak pada sampel yang diuji.
3. BET
METODE
BET (BRUNAEUR-EMMET-TELLER)
Metode
ini menganggap bahwa molekul padatan yang paling atas berada pada kesetimbangan
dinamis. Ini berarti jika permukaan hanya dilapisi oleh satu molekul saja, maka
molekul-molekul gas ini berada dalam kesetimbangan dalam fase uap padatan. Jika
terdapat dua atau lebih lapisan, maka lapisan teratas berada pada kesetimbangan
dalam fase uap padatan. Bentuk isoterm tergantung pada macam gas adsorbat,,
sifat adsorben dan sturktur pori. Gejala yang diamati pada adsorpsi isoterm
berupa adsorpsi lapisan molekul tunggal, adsorpsi lapisan molekul ganda dan
kondensasi dalam kapiler. Persamaan BET dapat ditulis sebagai berikut :
0 komentar:
Posting Komentar