Spektroskopi : Pengertian – Klasifikasi – Prinsip Kerja

Spektroskopi merupakan suatu ilmu yang mempelajari mengenai metode menganalisis dan menghasilkan sebuah spektrum. Hasil dari spektroskopi spektrum nantinya bisa dimanfaatkan untuk menganalisis suatu unsur kimia, mengetahui arus energi atom atau molekul, struktur molekul hingga menentukan komposisi dan gerakan dari benda-benda langit. selain itu, terdapat spektrometer yang merupakan alat untuk melakukan pengukuran spektroskopi yang berfungi mengukur absorbansi sinar monokromatis yang terdapat pada suatu larutan. Cara kerjanya dengan melewati cahaya dengan panjang gelombang tertentu menggunakan monokromator prisma dengan detektor fototube pada objek kaca atau kuarsa (kuvet) dan sebagian cahaya akan diserap sedangkan sisanya dilewatkan. Nilai absorbansi yang berasal dari cahaya yang dilewatkan sebanding dengan konsentrasi larutan di kuvet.

Klasifikasi dan Fungsi Spektroskopi

Spektroskopi secara umum dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu spektroskopi atom atau emisi dan spektroskopi molekul atau absorpsi. Selain itu, pembagian spektroskopi berdasarkan sinyal radiasi elektromagnetik dibagi menjadi 4 macam, antara lain spektroskopi absorpsi, spektroskopi emisi, spektroskopi scattering dan spektroskopi fluoresensi. Sedangkan untuk komponen utama dari spektroskopi terbagi atas sumber radiasi, monokromator, detektor dan tempat cuplikan atau kuvet.

1. Spektroskopi Atom

Cara menentukan komposisi suatu unsur dengan menggunakan spektrum elektromagnetik atau massa. Ilmu yang mempelajari mengenai elektromagnetik disebut dengan Spektroskopi Atom Optik. Spektroskopi atom digunakan dalam menentukan kuantitatif dan kualitatif sekitar 70 unsur. Secara teknik, spektroskopi atom dibagi menjadi 3, antara lain:

• Spektroskopi Absorption/Serapan Atom

Spektroskopi serapan atom mempunyai prinsip dasar berupa interaksi antara sampel dengan eletromagnetik dan spektrokopi ini sangat cocok digunakan menganalisis zat yang berkonsentrasi rendah.

• Spektrokopi Emisi Atom (AES)

Suatu metode analisis kimia dan menggunakan intensitas cahaya yang berasal dari api, plasma ataupun percikan dari panjang gelombang tertentu. Nantinya panjang gelombang tersebut digunakan untuk menentukan jumlah unsur di dalam sampel.

• Spektrokopi Flouresence/Atomic Flouresence Spectroscopy (AFS)

Spektroskopi elektromagnetik yang melakukan analisis flourescence yang berasal dari atom sampel. Spektrokopi ini menggunakan sorotan sinar (sinar ultraviolet) sedangkan alat yang digunakan untuk mengukur flouresence yatu fluorimeter atau fluorometer.

2. Spektroskopi Molekul

Suatu teknik yang digunakan dalam mengidentifikasi suatu senyawa organik dan anorganik pada spesi molekular. Spektrokopi ini banyak digunakan dalam mengidentifikasi spesies organik, anorganik dan juga biokimia.

• Spektroskopi UV – Vis

Pengukuran pada suatu panjang gelombang dan intensitas sinar ultraviolet serta cahaya tampak yang diserap atau diabsorsi oleh sampel.

Sinar UV atau ultraviolet dan juga cahaya tampak mempunyai energi untuk melakukan promosi elektron yang terdapat pada kulit terluar ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Spektrokopi UV-Vis digunakan untuk mengukur molekul dan ion anorganik di dalam sebuah larutan.

• Spektroskopi Infra Merah

Suatu cara atau metode untuk mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada di daerah dengan panjang gelombang 0,75 – 1.000 µm. Untuk pertama kali, radiasi elektromagnetik ditemukan oleh James Clark Maxwell dan mengatakan cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik yang berarti memiliki vektor listrik dan juga vektor magnetik yang saling tegak lurus pada arah rambatan.

Interaksi sinar infra merah dengan molekul mengakibatkan vibrasi yaitu bergerak pada tempatnya. Sedangkan untuk dasar spektrokopi infra merah yaitu senyawa yang terdiri atas 2 atom (diatom), di mana kedua atom tersebut dihubungkan dengan sebuah ikatan mirip pegas.

Prinsip Kerja Spektroskopi

1. Spektroskopi Serapan Atom

Berdasakan pada penguapan larutan sampel, lalu kandungan logam di dalamnya akan diubah menjadi atom bebas. Atom tersebut akan mengabsorpsi radiasi atau sinar yang berasal dari sumber cahaya (lampu katoda), sebelumnya sudah ada kandungan unsur yang telah ditentukan. Pengukuran berdasarkan banyaknya penyerapan radiasi pada panjang gelombang.

2. Spektroskopi Emisi Atom

Spektroskopi ini akan menyerap cahaya dengan menggunakan atom bebas. Zat yang berada di dalam suatu larutan mengalami penguapan kemudian dipecah menjadi atom yang terfragmentasi menjadi nyala (plasma). Terdapat elektroda yang berupa grafit yang bersifat konduktif. Terdapat 2 macam analisis yaitu kulitatif untuk menentukan seberapa banyak elemen yang terdapat di dalam sampel, dan kuantitatif yaitu mengukur intensitas cahaya yang dipancarkan oleh panjang gelombang elemen yang ditentukan.

3. Spektroskopi Flouresence

Flourensence biasanya diukur pada sudut yang berasal dari eksitasi untuk meminimalisasi berkumpulnya cahaya yang tersebar, digunakan rotasi prisma Pellin-Broca yang terdapat pada meja kemudi. Selain itu, fungsi prisma untuk memisahkan cahaya menjadi spektrum-spektrum agar lebih mudah dianalisis nantinya. Nantinya cahaya yang melewati filter dan pemogokan sampel. Sebagian dari cahaya tersebut diserap oleh sampel dan beberapa molekul di antaranya akan berpendar di dalam sampel. Beberapa lampu neon yang dipancarkan akan melewati filter kedua untuk mencapai detektor (biasanya pada suhu 90^o).

4. Spektroskopi UV-Vis

Cahaya yang diabsorbsi oleh UV-Vis menyebabkan transisi elektronik atau promosi elektron-elektron yang berada di orbital dengan energi rendah menuju orbital berenergi tinggi. Energi yang terserap nantinya terbuang sebagai cahaya atau tersalurkan di dalam reaksi kimia. Sedangkan untuk absorbsi cahaya tampak dan UV akan meningkatkan energi elektron pada molekul.

5. Spektroskopi Infra Merah

Prinsip kerja spektroskopi infra merah ini yaitu dengan meregangkan pegas antara kedua atom hingga mencapai jarak keseimbangan, akibatnya energi potensial akan naik. Ikatan atau pegas tersebut jika bergetar, maka energi vibrasi secara terus menerus dan periodik akan berubah dari energi kinetik menjadi energi potensial dan sebaliknya. Terdapat dua macam vibrasi molekul yaitu:

• Vibrasi regangan atau streching bergeraknya atom secara terus menerus disepanjang ikatan, akibatnya terjadi perubahan jarak keduanya, meskipun sudut ikatan tidak berubah.
• Sedangkan vibrasi bengkokan atau bending jika terdapat tiga atom yang merupakan bagian dari molekul besar, sehingga dapat menimbulkan vibrasi deformasi atau vibrasi bengkokan yang mempengaruhi keseluruhan osilasi atom molekul. Vibrasi bengkokan terbagi menjadi 4 macam, antara lain vibrasi goyangan (rocking), vibrasi guntingan (scissoring), vibrasi pelintiran (twisting), dan vibrasi kibasan (wagging).

Dasar Spektroskopi Bintang

Berdasarkan hukum Kirchoff mengenai spektroskopi, perbedaan pada spektrum antara lain:

1. Bila terdapat suatu benda cair atau gas yang bertekanan tinggi dipijarkan, akan menghasilkan cahaya dengan spektrum kontinu.
2. Bila terdapat suatu benda gas yang bertekanan rendah dipijarkan, akibatnya akan menghasilkan cahaya yang memiliki spektrum emisi berupa garis terang dengan panjang gelombang diskret (pada warna tertentu), hal tersebut bergantung pada tingkatan energi atom-atom yang terkandung gas itu.
3. Bila spektrum kontinu dilewatkan oleh suatu benda gas yang dingin dan bertekanan rendah, akan menghasilkan cahaya dengan spektrum serapan yang berupa garis-garis gelap di panjang gelombang diskret, hal ini bergantung pada tingkatan energi atom yang terkandung gas dingin.

Deret Balmer dan Klasifikasi Spektrum

Seorang ilmuan bernama Balmer merumuskan suatu deret persamaan untuk memprediksi panjang gelombang yang berasal dari garis serapan oleh gas hidrogen. Persamaan tersebut lebih dikenal dengan sebutan Deret Balmer. Selanjutnya seorang astronom Angelo Sacchi mengkelompokan bintang ke dalam 4 kelompok dengan menggunakan prisma objektif. Hal tersebut dilakukan untuk menentukan pola spektrum berupa garis serapan atom hidrogen yang terdapat pada spektrum bintang dengan menggunakan spektroskopi. Penelitian tersebut berlanjut hingga pada tahun 1886 yang dilakukan oleh Edward Charles Pickering, ia mengkelompokan bintang berdasarkan kuat garis serapan dengan menggunakan deret Balmer. Hasil penelitan Pickering tersebut juga menjawab pertanyaan mengapa warna bintang berbeda.

Demikian penjelasan mengenai spektroskopi dan pengaplikasiannya di bidang astronomi. Semoga informasi di atas bisa bermanfaat untuk Anda.