Trending Topik

Perbandingan Teknologi Positive Material Identification (PMI) antara XRF, OES dan LIBS

Diposting oleh On Sunday, March 20, 2022

Positive Material Identification (PMI) tidak lepas dari pekerjaan engineer teknik di bidang material-metallurgi. Teknologi PMI dari tahun ke tahun selalu mengalami perkembangan lewat inovasi-inovasi yang ditujukan untuk mencapai keakuratan analisa, portable ringan, ringkas dan safety baik bagi human or environment. Pada satu abad ini sudah terdapat 3 teknologi PMI yang berkembang seperti:

  1. X-Ray Fluorescence (XRF)
  2. Optical Emission Spectrometers (OES)
  3. Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

Berdasarkan Handbook of Miziolek et al (2006) sebagai berikut:



Dari lieteratur tersebut didapatkan informasi sebagai berikut: (Miziolek et al., 2006)
  • Teknologi laser awal mulai ditemukan Tahun 1960 dan Tahun 1980 dikembangkan laser untuk LIBS. Dalam perjalanan ke Abad 21 LIBS merupakan teknologi terupdate/termodern di dunia ini sejak pengembangan dan penyempurnaan di Tahun 2004
  • LIBS bisa digunakan untuk menguji komposisi kimia pada logam, batu, tanah, serbuk, liquid, gigi, tulang dll
  • LIBS menggunakan metode Atomic Emission Spectroscopy (AES) dengan langkah kerja: (i) atomization; (ii) excitation; (iii) detection; (iv) callibration; (v) determination
  • LIBS yang mengusung metode AES memiliki kelebihan dibandingkan teknologi non-AES sebagai berikut: (i) kemampuan mendeteksi seluruh unsur kimia; (ii) ringkas; (iii) real-time analysis; (iv) tidak ada preparasi sampel (atau sedikit preparasi); (v) bisa digunakan untuk uji sampel solid, liquid dan gas; (vi) sensitifitas yang baik pada unsur tertentu (Cl, F) yang tidak bisa dideteksi oleh teknologi non-AES
  • Penggunaan gas Argon (Ar) pada LIBS memiliki manfaat mengurangi interferensi molekul, meningkatkan intensitas spark dan cocok untuk observasi wavelength unsur di kisaran 200 nm

Berdasarkan Standard API 578 sebagai berikut:

Berdasarkan standard tersebut didapatkan infomasi sebagai berikut: (API 578)
  • Teknologi Optical Emission Spectrometry (OES) terbagi menjadi 3 kelas yaitu: (i) KELAS I: skala laboratorium yang masih manual mengandalkan operator skill dan pengalaman. Output dari alat masih semi-qualitative dan  harus menganalisis berdasarkan visible light spectra yang didapatkan untuk dicocokkan dengan literatur. Kemampuan reading hanya sampai 16 unsur; (ii) KELAS II: portable untuk analisis di lapangan atau laboratorium dengan menggunakan big cyclinder gas Argon (Ar) dimana desain yang semakin kesini menjadi small cylinder gas Argon (Ar) dengan kelebihan bisa membaca unsur Carbon (C). Kelas ini tidak membutuhkan subjective dari interpretasi operator karena langsung ter-display quantitaive result. Kelas ini menggunakan metode arc (busur) dan spark (percikan); (ii) KELAS III: teknologi LIBS yang menggunakan high pulse sehingga membentuk plasma high temperature pada sampel dan atom di sampel kemudian ter-eksitasi dan pada proses pendinginan maka atom akan kembali ke orbital-nya masing-masing dengan mengeluarkan cahaya (bisa UV, optic atau infrared), cahaya tersebut ditangkap detector kemudian dibaca sesai wavelength karakteristik masing-masing unsur. Kelas ini memiliki kelebihan yaitu dapat membaca low carbon analysis
Berdasarkan penelusuran web di Question & Answer Researchgate (2018) sebagai berikut:

Berdasarkan pembahasan tersebut bisa didapatkan informasi sebagai berikut: (Question & Answer Researchgate, 2018)
  • Penggunaan gas Argon (Ar) pada LIBS digunakan untuk meningkatkan sinyal (sensitivitas) karena ketika LIBS running ditembakkan pada sampel maka akan terjadi pengeluaran plasma high temperature sehingga bisa meng-excitasi atom dan temperature ini sebisa mungkin dijaga jangan terserap oleh atmosfer sehingga digunakan gas Argon (Ar) untuk mengisolasi plasma. Temperatur plasma dan density/intensitas adalah kunci higher LIBS signal (Rai, 2018; Biswas, 2018)
Berdasarkan artikel di Vericheck (2022) sebagai berikut:


Berdasarkan artikel tersebut didapatkan informasi sebagai berikut: (Vericheck, 2022)
  • Fungsi gas Argon (Ar) pada OES adalah untuk menganalisa light-element (C, P, S, N) dimana semuanya memiliki wavelength <200 nm. Gas Argon (Ar) mampu membantu spectrometer pada wavelength dari 200 nm bahkan dibawahnya (sinar UV)
  • Perhatian pada gas Argon (Ar) meliputi: (i) purity Argon ada 2 yaitu 4.8 setara 99.998& dan 5.0 setara 99.999%, dimana pure gas Argon (Ar) harus meminimalisir gas CO2 dan H2O karena kedua senyawa tersebut merusak wavelength dari 200 nm dan dibawahnya, sehingga tingkat purity gas Argon (Ar) sengat berpengaruh terhadap akurat/tidaknya analisa pada OES

Berdasarkan artikel dari Pyromation (2022):
Berdasarkan literatur tersebut didapatkan informasi sebagai berikut: (Pyromation, 2022)
  • OES adalah HANYA metode yang handal untuk mengukur unsur Carbon (C) seperti pada stainless steel, Magnesium (Mg) dan Silicon (Si) dimana semuanya adalah light-element
  • Pengukuran di OES dapat dicapai juga TANPA gas Argon (Ar) tetapi tingkat keakuratan dan  kepresisian yang kurang dan harus dilakukan terus pengulangan agar didapatkan rata-rata hasil yang stabil
Berdasarkan artikel di Hitachi (2022) sebagai berikut:


Berdasarkan artikel tersebut didapatkan informasi sebagai berikut: (Hitachi, 2022)
  • Carbon Equivalent (CE) adalah konsep menghitung perkiraan jumlah C umumnya di ferrous material (steel dan cast iron) yang menggunakan convert persentase unsur lain pada alloy yang diuji
  • Carbon content adalah hasil pembacaan riil detektor alat yang didasarkan pada tingkat energi excitasi yang dipancarkan (pada teknologi XRF, OES, LIBS)
  • XRF, OES dan LIBS adalah teknologi yang sangat berguna namun masing-masing memiliki kelebihan dan kelemahan
  • Kelebihan XRF adalah: (i) teknologi yang telah digunakan >40 tahun; (ii) menguji komponen tanpa meninggalkan luka/goresan/roughness dan baik untuk uji di industri otomotif dan pesawat terbang; (iii) tingkat kekuratan pembacaan yang tinggi. Kelemahan XRF adalah: (i) tidak bisa membaca unsur Carbon (C); (ii) dibutuhkan operator khusus karena bahaya radiasi X-ray
  • Kelebihan OES adalah: (i) sangat baik digunakan untuk mengukur semua unsur bahkan light element (C, B, P, N); (ii) tingkat kekurasian sangat tinggi. Kelemahan OES adalah: (i) meninggalkan luka/goresan pada sampel yang diuji; (ii) menggunakan energi yang lebih besar dibandingkan  XRF dan LIBS; (iii) masih menggunakan gas Argon (Ar); (iv) membutuhkan preparasi sampel yang bersih dari pengotor
  • Kelebihan LIBS adalah: (i) teknologi ter-update dan terbaru di abad 21; (ii) merupakan pengembanga teknologi, dimana laser memancarkan kecil namun energi yang ditransfer ke sampel sangat besar; (iii) sangat baik digunakan untuk mengukur Al alloy; (iv) walaupun tekniknya menembak sampel mirip OES namun luka yang tergores sangat kecil bahkan diamplas sedikit sudah hilang. Kelemahan LIBS adalah: (i) membutuhkan preparasi sampel yang bersih dari pengotor
Berdasarkan jurnal dari Noll et al (2018) sebagai berikut:
Berdasarkan jurnal tersebut didapatkan informasi sebagai berikut: (Noll et al., 2018)
  • Tidak ada teknologi sampai saat ini yang bisa menyamai tingkat kemampuan dalam membaca banyak unsur kimia sebaik LIBS, dimana metodenya yang menggunakan pengukuran jarak antara last optic dengan jarak objek
Berdasarkan jurnal dari Afgan et al (2017) sebagai berikut:
Berdasarkan jurnal tersebut didapatkan informasi sebagai berikut: (Afgan et al., 2017)
  • Kelemahan LIBS adalah akurasi dan presisi rendah sehingga peneliti harus effort lebih mengulang-ulang pengukuran untuk mendapatkan sensitiftas dan keakuratan yang baik
  • Pengukuran unsur Carbon (C) pada steel merupakan tantangan peneliti  pada peralatan LIBS baik benchtop maupun portable karena hasil pengukuran quantitative Carbon (C) content pada wavelength setara UV light terserap oleh udara atmosfer
  • Berdasarkan penelitian di jurnal disebutkan bahwa hasil dari LIBS lebih mendekati keakuratan (parameter rata-rata deviasi standard) daripada XRF bahka tingkat rata-rata validasi error LIBS lebih rendah dibandingkan XRF
Berdasarkan jurnal Switzner et al (2020) sebagai berikut:

Berdasarkan jurnal tersebut didapatkan informasi sebagai berikut: (Switzner et al., 2020)
  • Dari hasil pengujian beberapa teknologi terdapat karakteristik kemampuan dari masing-masing teknologi seperti: (i) LIBS mampu membaca semua unsur kecuali S dan P; (ii) XRF mampu membaca semua unsur kecuali C dan V; (iii) Filling mampu membaca semua unsur kecuali Nb; (iv) OES mampu membaca semua unsur
Berdasarkan tabel periodik unsur ini yang disebut "LIGHT ELEMENT" adalah unsur dengan nomor atom dibawah Mg (Z=12) yaitu Na (Z=11), O (Z=8), N (Z=7), C (Z=6) dan B (Z=5)

Berdasarkan jurnal dari Griinberger eta al (2019) sebagai berikut:
Berdasarkan jurnal tersebut didapatkan informasi sebagai berikut: (Griinberger et al., 2019)
  • Gas Argon (Ar) pada LIBS digunakan untuk mengisolasi plasma sehingga meningkatkan emission intensity
Berdasarkan jurnal dari Rajavelu et al (2021) sebagai berikut:

Berdasarkan jurnal tersebut didapatkan informasi sebagai berikut: (Rajavelu et al., 2021)
  • LIBS adalah tipe dari AES yang menggunakan pembangkit laser pada high pulse
  • Kelebihan LIBS adalah: (i) analisa cepat; (ii) pengukuran yang simultan pada banyak unsur, (iii) mampu dioperasikan jarak jauh; (iv) sedikit (bahkan tidak ada) preparasi sampel
  • LIBS bisa digunakan pada sampel solid, liquid dan gas
  • Penggunaan LIBS yang kontak dengan udara atmosfer menyebabkan gangguan pada plasma yang dihasilkan laser sehingga mengganggu emision analysis yang menyebabkan pengukuran quantitative unsur menjadi error
  • Ketika menggunakan LIBS maka harus menjauhi kontak dengan udara atmosfer
  • Penggunaan gas Argon (Ar) pada LIBS menggunakan prinsip blow gas over sehingga lingkungan tempat plasma terbentuk menjadi inert atmosphere. Tujuan isolasi dari plasma ini adalah menghalangi interaksi plasma dengan udara atmosfer yang bisa mempengaruhi terbentuknya oksida dan fragment molekul yang bisa mengurangi intensitas emision plasma
  • Wavelength cahaya terbagi menjadi 3 yaitu: (i) <400 nm masuk kategori UV radiation; (ii) 400-800 nm masuk kategori visible radiation (light); (iii) 800 nm-1 mm masuk kategori infrared radiation
  • Wavelength unsur Carbon (C) pada kisaran 193 nm masuk kategori UV radiation
  • Selain menggunakan gas Argon (Ar), LIBS bisa menggunakan metode vacuum untuk disekeliling plasma yang dimaksudkan sama untuk mengisolasi plasma agar tidak terserap oleh udara atmosfer
Berdasarkan jurnal dari Dong et al (2012):
Berdasarkan jurnal tersebut didapatkan informasi sebagai berikut: (Dong et al., 2012)
  • Karakteristik dari spektrum emisi atom Carbon (C) tergantung pada gas environment karena perbedaan chemical dan physical properties plasma
  • Berdasarkan grafik terlihat bahwa wavelength gas Argon (Ar) jauh lebih tinggi dari Helium (He) kemudian diikuti oleh udara atmosfer sehingga gas Ar dan He bisa digunakan sebagai isolasi plasma LIBS
  • Penggunaan gas Argon (Ar) pada LIBS karena Ar memiliki kecenderungan membentuk konsentrasi elektron yang besar yang bisa meningkatkan intensitas emisi plasma sehingga urutan tingkat natara paremeter intensitas, temperatur dan jumlah electron density secara berurutan adalah Ar > He > Air
  • Udara atmosfer memiliki pengaruh pada emisi atom dan molekul
  • Temperatur eksitasi plasma adalah faktor utama yang mempengaruhi emisi atom Carbon (C) di setiap gas di atmosfer
Berdasarkan artikel di Sciaps (2022):

Berdasarkan artikel tersebut didapatkan informasi sebagai berikut: (Sciaps, 2022)
  • LIBS mendeteksi quantitative unsur dengan cara ketika plasma mendingin maka atom yang ter-excitasi akan kembali ke orbital dengan mengeluarkan berkas cahaya (bisa dalam bentuk  UV, optical atau IR) dan wavelength itulah yang akan teridentifikasi pada detektor karena setiap unsur memiliki karakteristik masing-masing
  • Penggunaan gas Argon (Ar) bisa meningkatkan sinyal sampai 10x sehingga detection limit juga meningkat dan keakuratan dalam quantitative result bisa lebih baik
  • Unsur Carbon (C) memiliki wavelength 193.1 nm sehingga mudah terserap oleh UV (udara atmosfer) dan dengan penggunaan gas Argon (Ar) bisa menutup sampai 100x sedangkan jika tanpa gas Argon (Ar) tidak mungkin mencapai detection limit atau kepresisian pengukuran pada unsur C, Si, Cr
EXECUTIVE SUMMARY dari kajian beberapa literatur sebagai berikut:

  • Teknologi XRF digunakan sudah lebih dari 40 tahun yang lalu (Hitachi, 2022)
  • Kelebihan XRF adalah: (i) menguji komponen tanpa meninggalkan luka/goresan/roughness dan baik untuk uji di industri otomotif dan pesawat terbang; (ii) tingkat kekuratan pembacaan yang tinggi. Kelemahan XRF adalah: (i) tidak bisa membaca unsur Carbon (C); (ii) dibutuhkan operator khusus karena bahaya radiasi X-ray (Hitachi, 2022)
  • Teknologi Optical Emission Spectrometry (OES) terbagi menjadi 3 kelas yaitu: (iKELAS I: skala laboratorium yang masih manual mengandalkan operator skill dan pengalaman. Output dari alat masih semi-qualitative dan  harus menganalisis berdasarkan visible light spectra yang didapatkan untuk dicocokkan dengan literatur. Kemampuan reading hanya sampai 16 unsur; (iiKELAS IIportable untuk analisis di lapangan atau laboratorium dengan menggunakan big cyclinder gas Argon (Ar) dimana desain yang semakin kesini menjadi small cylinder gas Argon (Ar) dengan kelebihan bisa membaca unsur Carbon (C). Kelas ini tidak membutuhkan subjective dari interpretasi operator karena langsung ter-display quantitaive result. Kelas ini menggunakan metode arc (busur) dan spark (percikan); (iiiKELAS III: teknologi LIBS yang menggunakan high pulse sehingga membentuk plasma high temperature pada sampel dan atom di sampel kemudian ter-eksitasi dan pada proses pendinginan maka atom akan kembali ke orbital-nya masing-masing dengan mengeluarkan cahaya (bisa UV, optic atau infrared), cahaya tersebut ditangkap detector kemudian dibaca sesai wavelength karakteristik masing-masing unsur. Kelas ini memiliki kelebihan yaitu dapat membaca low carbon analysis (Standard API 578)
  • OES adalah HANYA metode yang handal untuk mengukur unsur Carbon (C) seperti pada stainless steel, Magnesium (Mg) dan Silicon (Si) dimana semuanya adalah light-element (Pyromation, 2022)
  • LIGHT ELEMENT adalah unsur dengan nomor atom dibawah Mg (Z=12) yaitu Na (Z=11), O (Z=8), N (Z=7), C (Z=6) dan B (Z=5)
  • Kelebihan OES adalah: (i) sangat baik digunakan untuk mengukur semua unsur bahkan light element (C, B, P, N); (ii) tingkat kekurasian sangat tinggi. Kelemahan OES adalah: (i) meninggalkan luka/goresan pada sampel yang diuji; (ii) menggunakan energi yang lebih besar dibandingkan  XRF dan LIBS; (iii) masih menggunakan gas Argon (Ar); (iv) membutuhkan preparasi sampel yang bersih dari pengotor (Hitachi, 2022)
  • Teknologi laser awal mulai ditemukan Tahun 1960 dan Tahun 1980 dikembangkan laser untuk LIBS. Dalam perjalanan ke Abad 21 LIBS merupakan teknologi terupdate/termodern di dunia ini sejak pengembangan dan penyempurnaan di Tahun 2004 (Miziolek et al., 2006) (Pyromation, 2022) (Hitachi, 20220) (Rajavelu et al., 2021) (Sciaps, 2022) (Switzner et al., 2020)
  • LIBS menggunakan metode Atomic Emission Spectroscopy (AES) dengan langkah kerja: (iatomization; (iiexcitation; (iiidetection; (ivcallibration; (vdetermination (Miziolek et al., 2006)
  • LIBS adalah tipe dari AES yang menggunakan pembangkit laser pada high pulse (Rajavelu et al., 2021)
  • LIBS bisa digunakan untuk menguji komposisi kimia pada logam, batu, tanah, serbuk, liquid, gigi, tulang, gas (Miziolek et al., 2006(Rajavelu et al., 2021) (Noll et al., 2018) (Afgan et al., 2017) (Switzner et al., 2020)
  • LIBS yang mengusung metode AES memiliki kelebihan dibandingkan teknologi non-AES sebagai berikut: (i) kemampuan mendeteksi seluruh unsur kimia; (ii) ringkas; (iiireal-time analysis; (iv) tidak ada preparasi sampel (atau sedikit preparasi); (v) bisa digunakan untuk uji sampel solid, liquid dan gas; (vi) sensitifitas yang baik pada unsur tertentu (Cl, F) yang tidak bisa dideteksi oleh teknologi non-AES (Miziolek et al., 2006)
  • Tidak ada teknologi sampai saat ini yang bisa menyamai tingkat kemampuan dalam membaca banyak unsur kimia sebaik LIBS, dimana metodenya yang menggunakan pengukuran jarak antara last optic dengan jarak objek (Noll et al., 2018)
  • Berdasarkan penelitian di jurnal disebutkan bahwa hasil dari LIBS lebih mendekati keakuratan (parameter rata-rata deviasi standard) daripada XRF bahka tingkat rata-rata validasi error LIBS lebih rendah dibandingkan XRF (Afgan et al., 2017)
  • XRF, OES dan LIBS adalah teknologi yang sangat berguna namun masing-masing memiliki kelebihan dan kelemahan (Hitachi, 2022)
  • Dari hasil pengujian beberapa teknologi terdapat karakteristik kemampuan dari masing-masing teknologi seperti: (i) LIBS mampu membaca semua unsur kecuali S dan P; (ii) XRF mampu membaca semua unsur kecuali C dan V; (iiiFilling mampu membaca semua unsur kecuali Nb; (iv) OES mampu membaca semua unsur (Switzner et al., 2020)
  • Kelebihan LIBS adalah: (i) teknologi ter-update dan terbaru di abad 21; (ii) merupakan pengembanga teknologi, dimana laser memancarkan kecil namun energi yang ditransfer ke sampel sangat besar; (iii) sangat baik digunakan untuk mengukur Al alloy; (iv) walaupun tekniknya menembak sampel mirip OES namun luka yang tergores sangat kecil bahkan diamplas sedikit sudah hilang. Kelemahan LIBS adalah: (i) membutuhkan preparasi sampel yang bersih dari pengotor (Hitachi, 2022)
  • Kelebihan LIBS adalah: (i) analisa cepat; (ii) pengukuran yang simultan pada banyak unsur, (iii) mampu dioperasikan jarak jauh; (iv) sedikit (bahkan tidak ada) preparasi sampel
  • Kelemahan LIBS adalah akurasi dan presisi rendah sehingga peneliti harus effort lebih mengulang-ulang pengukuran untuk mendapatkan sensitiftas dan keakuratan yang baik (Afgan et al., 2017)
  • Pengukuran unsur Carbon (C) pada steel merupakan tantangan peneliti  pada peralatan LIBS baik benchtop maupun portable karena hasil pengukuran quantitative Carbon (C) content pada wavelength setara UV light terserap oleh udara atmosfer (Afgan et al., 2017)
  • Penggunaan LIBS yang kontak dengan udara atmosfer menyebabkan gangguan pada plasma yang dihasilkan laser sehingga mengganggu emision analysis yang menyebabkan pengukuran quantitative unsur menjadi error (Rajavelu et al., 2021)
  • Ketika menggunakan LIBS maka harus menjauhi kontak dengan udara atmosfer (Rajavelu et al., 2021)
  • Temperatur eksitasi plasma adalah faktor utama yang mempengaruhi emisi atom Carbon (C) di setiap gas di atmosfer (Dong et al., 2012)
  • Karakteristik dari spektrum emisi atom Carbon (C) tergantung pada gas environment karena perbedaan chemical dan physical properties plasm(Dong et al., 2012)
  • Fungsi gas Argon (Ar) pada OES adalah untuk menganalisa light-element (C, P, S, N) dimana semuanya memiliki wavelength <200 nm. Gas Argon (Ar) mampu membantu spectrometer pada wavelength dari 200 nm bahkan dibawahnya (sinar UV) (Vericheck, 2022)
  • Pengukuran di OES dapat dicapai juga TANPA gas Argon (Ar) tetapi tingkat keakuratan dan  kepresisian yang kurang dan harus dilakukan terus pengulangan agar didapatkan rata-rata hasil yang stabil (Pyromation, 2022)
  • Penggunaan gas Argon (Ar) pada LIBS memiliki manfaat mengurangi interferensi molekul, meningkatkan intensitas spark dan cocok untuk observasi wavelength unsur di kisaran 200 nm  (Miziolek et al., 2006)
  • Penggunaan gas Argon (Ar) pada LIBS digunakan untuk meningkatkan sinyal (sensitivitas) karena ketika LIBS running ditembakkan pada sampel maka akan terjadi pengeluaran plasma high temperature sehingga bisa meng-excitasi atom dan temperature ini sebisa mungkin dijaga jangan terserap oleh atmosfer sehingga digunakan gas Argon (Ar) untuk mengisolasi plasma. Temperatur plasma dan density/intensitas adalah kunci higher LIBS signal (Rai, 2018; Biswas, 2018)
  • Gas Argon (Ar) pada LIBS digunakan untuk mengisolasi plasma sehingga meningkatkan emission intensity (Griinberger et al., 2019)
  • LIBS mendeteksi quantitative unsur dengan cara ketika plasma mendingin maka atom yang ter-excitasi akan kembali ke orbital dengan mengeluarkan berkas cahaya (bisa dalam bentuk  UV, optical atau IR) dan wavelength itulah yang akan teridentifikasi pada detektor karena setiap unsur memiliki karakteristik masing-masing (Sciaps, 2022)
  • Penggunaan gas Argon (Ar) pada LIBS menggunakan prinsip blow gas over sehingga lingkungan tempat plasma terbentuk menjadi inert atmosphere. Tujuan isolasi dari plasma ini adalah menghalangi interaksi plasma dengan udara atmosfer yang bisa mempengaruhi terbentuknya oksida dan fragment molekul yang bisa mengurangi intensitas emision plasma (Rajavelu et al., 2021)
  • Data menunjukkan bahwa wavelength gas Argon (Ar) jauh lebih tinggi dari Helium (He) kemudian diikuti oleh udara atmosfer sehingga gas Ar dan He bisa digunakan sebagai isolasi plasma LIBS (Dong et al., 2012)
  • Penggunaan gas Argon (Ar) pada LIBS karena Ar memiliki kecenderungan membentuk konsentrasi elektron yang besar yang bisa meningkatkan intensitas emisi plasma sehingga urutan tingkat natara paremeter intensitas, temperatur dan jumlah electron density secara berurutan adalah Ar > He > Air
  • Udara atmosfer memiliki pengaruh pada emisi atom dan molekul (Dong et al., 2012)
  • Penggunaan gas Argon (Ar) bisa meningkatkan sinyal sampai 10x sehingga detection limit juga meningkat dan keakuratan dalam quantitative result bisa lebih baik (Sciaps, 2022)
  • Selain menggunakan gas Argon (Ar), LIBS bisa menggunakan metode vacuum untuk disekeliling plasma yang dimaksudkan sama untuk mengisolasi plasma agar tidak terserap oleh udara atmosfer (Rajavelu et al., 2021)
  • Carbon Equivalent (CE) adalah konsep menghitung perkiraan jumlah C umumnya di ferrous material (steel dan cast iron) yang menggunakan convert persentase unsur lain pada alloy yang diuji (Hitachi, 2022)
  • Carbon content adalah hasil pembacaan riil detektor alat yang didasarkan pada tingkat energi excitasi yang dipancarkan (pada teknologi XRF, OES, LIBS) (Hitachi, 2022)
  • Wavelength cahaya terbagi menjadi 3 yaitu: (i) <400 nm masuk kategori UV radiation; (ii) 400-800 nm masuk kategori visible radiation (light); (iii) 800 nm-1 mm masuk kategori infrared radiation (Rajavelu et al., 2021)
  • Wavelength unsur Carbon (C) pada kisaran 193 nm masuk kategori UV radiation (Rajavelu et al., 2021)
  • Unsur Carbon (C) memiliki wavelength 193.1 nm sehingga mudah terserap oleh UV (udara atmosfer) dan dengan penggunaan gas Argon (Ar) bisa menutup sampai 100x sedangkan jika tanpa gas Argon (Ar) tidak mungkin mencapai detection limit atau kepresisian pengukuran pada unsur C, Si, Cr (Sciaps, 2022)
Referensi:
[1] API 578. (2018). Guidelines for a Material Verification Program (MVP) for New and Existing Assets
[6] Noll, R., Begemann, C.F., Connemann, S., Meinhardt, C., and Sturm, V. (2018). LIBS Analyses for Industrial Applications-an Overview of Developments from 2014 to 2018. Critical Review. Royal Society of Chemistry

[7] Afgan, M.S., Hou, Z., and Wang, Z. (2017). Quantitative Analysis of Common in Steel Using a Handheld ยต-LIBS Instrument. Journal of Analytical Atomic Spectrometry

[8] Switzner, N., Liong, M., Veloo, P., Gould, M., and Rovella, T. (2020). Nondestructive Testing of Pipeline Materials: Further Evaluation of Portable OES, XRF, LIBS, and Fillings to Estimate Chemical Composition. Pipeline Pigging and Integrity Management Conference

[9] Miziolek, A.W., pallesschi, V., and Schechter, I. (2006). Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS): Fundamentals and Application. Cambridge University Press

[10] Griinberger, S., Watzl, G., Huber, N., and Fuchs, S.E. (2019). Chemical Imaging with laser Ablation-Spark Discharge-Optical Emission Spectroscopy (LA-SD-OES) and Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). J. of Optics and Laser Technology

[11] Rajavelu, H., Vasa, N.J., and Seshandri, S. (2021). LIBS Tecghique Combined with Blow Gas and Vacuum Suction to Remove Particle Cloud and Enhance Emission Intensity during Characterization of Powder Samples. J. of Atomic Spestroscopy, pp. 181

[12] Dong, M., mao, X., Gonzales, J.J., Lu, J., and Russo, R.E. (2012). Time-Resolved LIBS of Atomic and Molecular Carbon from Coal in Air Argon and Helium. J. of Analytical Atomic Spectrometry

Macam-Macam Oil Purifier/Oil Separation/Oil Treatment dan Prinsip Kerjanya

Diposting oleh On Friday, July 30, 2021

Oil purifier adalah komponen paling penting dalam sistem pelumasan (lubricating oil). Purifier ini berfungsi sebagai alat yang menjaga kualitas dari oil dan meminimalisir kontaminan pada oli seperti water (air), wear (gram), sludge (lumpur) dan materi suspended lainnya. Sebagai contoh di PLTU, komponen bearing-bearing seperti turbin-generator harus dilakukan pelumasan agar tidak terjadi kerugian gesekan yang bisa menyebabkan keausan. Oli pelumas secara periodik dilakukan uji laboratorium dan lebih detail baca di: Analisa Oil Pelumas (Tribology)

Pada hasil uji oil tribology terbagai menjadi 3 parameter yaitu wear, contaminant dan chemistry. Peran oil purifier ini adalah sebagai polishing pada parameter wear dan contaminant. Wear sebagai indikasi adanya gesekan berlebih baik ferrous maupun non-ferrous serta unsur kimia spesifik lainnya sedangkan contaminant seperti water dan sludge (ISO 4406/NAS 1638). Parameter water content ini terbagi menjadi 4 macam yaitu free water, emulsified, dissolved water dan total water, detail baca di: Kandungan Air (Water Content) pada Minyak Pelumas

Terdapat 3 Tipe Umum Purifier yang Ditemui di PLTU Sebagai Berikut:

  • Sentrifugal/Centrifugal Oil Purifier
Purifier ini memanfaatkan gaya sentrifugal, dimana putaran porosnya akan membuang partikel yang lebih berat (heavy molecule) seperti sludge dan free water kebawah/keluar sedangkan partikel ringan (light molecule) seperti oli kearah pusat/keatas. Pemisahan ini menghasilkan oli yang sudah terminimalisir dari beberapa kontaminan sehingga oil siklus diharapkan sudah terjaga kualitasnya. Berikut gambaran detail sentrifugal oil purifier:

Gambar 1. Centrifugal Oil Purifier
Karakteristik khas dari sentrifugal oil purifier adalah memiliki mangkok kerucut (cone bowl), dimana komponen itulah yang membentuk gaya sentrifugal.
Gambar 2. Skematik Mangkok Kerucut Sentrifugal Oil Purifier
Didalam centrifugal oil purifier terdapat beberapa komponen seperti poros yang digerakkan pompa, line/piping tempat masuknya oli dan sirip-sirip yang berguna sebagai perangkap partikel yang berbeda berat jenisnya. Desain sirip yang dibuat tajam kebawah mendukung gaya sentrifugal yang melempar partikel dengan berat jenis lebih besar kearah luar sedangkan berat jenis kecil kearah pusat/atas.


Gambar 3. Proses Separation Oil dan Kontaminan
  • Heater + Vacuum Dehydration Oil Purifier + Mechanical Filter
Purifier ini adalah yang paling sempurna ketika digunakan untuk meminimalir kontaminan karena heater + vacuum dehydration sangat baik meminimalisir semua water content (dissolved water, emulsified water, total water dan free water) dan mechanical filter sangat baik menyaring sludge (ISO 4406/NAS 1638) dan wear (feroous & non-ferrous). Berikut penjelasan detailnya:
Gambar 4. Heater + Vacuum Dehydration + Mechanical Filtration Oil Purifier
Gambar 5. Heater pada Oil Purifier
Heater ini berfungsi sebagai peralatan penguapan air.

Gambar 6. Vacuum Dehydration pada Oil Purifier
Vacuum dehydration berupa perangkat vessel/tank yang dibuat tekanan didalamnya vakum oleh vacuum pump. Dilengkapi dengan pressure gauge untuk mengetahui kinerjanya, vacuum dehydration berfungsi menurunkan titik penguapan air sehingga kinerja purifier lebih cepat, efisien energi dan efektif (lebih banyak air yang terpisahkan).
Mechanical filter ini digunakan untuk menyaring sludge (ISO 4406/NAS 1638) dan wear (ferrous-non-ferrous). Umumnya terdapat 2 filter yang beroperasi seri dan pengalaman kami di PLTU menggunakan ukuran 7 mikron dan 2.5 mikron dengan alasan mewakili ISO 4406 4/6/14.

Gambar 7. Prinsip Kerja Heater + Vacuum Dehydration Oil Purifier
Ketika oli dipanaskan maka akan menguapkan fluida didalamnya (oli + air) dan karena oli memiliki titik uap yang sangat tinggi dan air hanya 100 oC pada tekanan 1 atmosfer, sehingga ketika dipanaskan maka air terlebih dahulu yang akan teruapkan. Agar titik uap turun maka berdasarkan prinsip gas ideal PV=nRT maka tekanan atau volume juga harus turun dan pada oil purifier yang di-improve adalah tekanan operasinya menggunakan sistem vakum dibantu vacuum pump. Kondisi vakum ini bisa menurunkan titik uap air pada temperatur 60 oC sehingga water content lebih cepat terbuang dan hemat energi.


Gambar 8. Skematik Heater + Vacuum Dehydration + Mechanical Filter Oil Purifier
Urutan oil purifier tipe Heater + Vacuum Dehydration + Mechanical Filter sebagai berikut: main oil tank (MOT) ---> suction strainer ---> suction pump ---> heater ---> vacuum dehydration ---> discharge pump ---> mechanical filter ---> main oil tank (MOT)

Gambar 9. Ilustrasi didalam Vaccum Dehydration Tank
Oli yang telah dipanaskan di heater masuk ke vacuum dehydration tank dengan disembur dari atas sehingga terbentuk atomizing. Karena vacuum maka titik uap air turun dan output-an dari heater telah mencapai titik uapnya sehingga droplet-droplet air langsung membentuk uap air dan tersedot keluar oleh vacuum pump. Sedangkan oli karena titik uapnya sangat tinggi tetap berada pada vessel.
Gambar 10. Digital Monitoring Parameter Kualitas Oli
Umumnya untuk oil purifier yang mahal sudah dilengkapi digital monitoring parameter kualitas oli seperti kontaminan ISO 4406/NAS 1638 dan water content. Oil purifier ini memiliki kelebihan dapat meminimalisir semua kontaminan pada oli sedangkan kelemahannya adalah biaya investasi dan operasional yang cukup mahal.
  • Plate and Frame Filter Press Oil Separation
Plate and Frame Filter Press adalah salah satu alat pemisah berupa plate (lempengan besi) dan frame (filter membrane/kassa) dimana keduanya dilakukan pengepresan menggunakan alat hidrolik. Berikut gambar detailnya:
Gambar 11. Plate and Frame Filter Press (Disassembly)

Gambar 12. Filter Membrane/Kassa
Membrane ini memiliki pori-pori yang dipersyaratkan dan karena dalam uji oil tribology pada parameter kontaminan ISO 4406 4/6/14 maka harus digunakan ukuran mikron yang bisa mereferensikan tingkat cleanliness yang diharapkan.
Gambar 13. Plate and Frame Filter Press (Assembly)
Setelah filter press terpasang membrane/kassa kemudian dilakukan pengepresan dengan hidrolik sampai dipastikan telah menempel kuat satu bagian dengan yang lain. Oli yang dipaksa melewati beberapa filter membrane akan tersaring dari suspended solid namun tidak untuk water content. Sehingga pada filter press ini yang memiliki kinerja berat adalah filter bagian suction dan harus rutin dilakukan cleaning agar performa penyaringan maksimal. Kelebihan oil separation ini adalah sangat baik dalam memisahkan suspended solid dan wear (gram) dibandingkan tipe lain dan kelemahannya kurang maksimal dalam mengurangi kontaminan lain seperti water content.

Kutip Artikel ini Sebagai Referensi (Citation):
Feriyanto, Y.E. (2021). Macam-Macam Oil Purifier/Oil Separation/Oil Treatment dan Prinsip Kerjanya. www.caesarvery.com. Surabaya