Spektrometer

Spektrometer mungkin terdengar asing bagi sebagian orang, karena kebanyakan dari kita lebih mengenal mikroskop dalam kaitannya dengan bidang kajian ilmu alam seperti astronomi, kimia dan fisika. Alat ini tergolong dalam alat optik yang dimanfaatkan untuk mengukur panjang gelombang serta intensitas gelombang.

Pada dasarnya spektrometer adalah alat yang dapat dengan mudah Anda temukan di laboratorium-laboratorium, utamanya dimanfaatkan dalam bidang kajian kimia analisis baik secara kualitatif maupun kuantitatif. Berikut pembahasan lebih detail terkait alat optik ini.

Pengertian Spektrometer

Spektrometer memiliki pengertian yakni sebuah alat optik yang digunakan untuk melihat spektrum cahaya pada sebuah zat. Hal ini dilakukan guna mencari tahu komposisi kimiawi dari zat tersebut karena masing-masing zat memiliki spektrum cahaya yang berbeda-beda.

Untuk mengetahui spektrum cahaya dari suatu zat dapat dilakukan dengan memanaskannya dalam suhu tinggi hingga berbentuk gas, kemudian gas tersebut disorot dengan sinar putih.

Perlu diketahui, kebanyakan orang memiliki persepsi yang rancu terkait spektrometer dan spektrofotometer, yang mana keduanya sering dianggap memiliki pengertian yang sama. Meskipun tidak terlalu jauh berbeda, pada dasarnya spektrometer memiliki cakupan yang lebih luas dibandingkan dengan spektrofotometer.

Agar dapat lebih mudah dipahami, kiranya perlu untuk mengetahui istilah-istilah yang memiliki kaitan erat dengan spektrometer, diantaranya:

Spektrometri.

Merupakan teknik yang digunakan untuk mengukur jumlah atau konsentrasi dari suatu zat berdasar spektroskopi. Berdasarkan sumber energi radiasi yang digunakan spektrometri dibedakan menjadi spektrometri sinar y dan sinar x, spektrometri UV-Vis, spektrometri IR, spektrometri Resonansi Magnetik Inti (NMR), spektrometri Raman dan sebagainya.

Spektroskopi.

Sebuah ilmu yang mempelajari interaksi antara radiasi, energi, sinar yang memiliki frekuensi dan benda. Spektroskopi sendiri memiliki bermacam-macam jenis diantaranya, spektroskopi astronomical, spektroskopi serapan atom, spektroskopi reflektansi, spektroskopibelektron paramagnetic, spektroskopi electron, spektroskopi fourier transform, spektroskopi sinar gamma, spektroskopi inframerah, spektroskopi laser, spektroskopi massa, spektroskopi multiplex atau frequency modulated, spektroskopi raman, dan spektroskopi sinar X.

Spektrofotometri.

Merupakan teknik yang tidak jauh berbeda dengan spektrometri hanya dispesifikasikan pada panjang gelombang yang dimulai dari Ultraviolet (200-380nm), visible (380-700nm) dan inframerah (700-3000nm) sehingga digolongkan ke dalam spektroskopi elektromagnetik.

Prinsip kerjanya berdasarkan hukum Lambert-Beer dimana saat cahaya monokromatik masuk melewati media yang berupa larutan maka akan terdapat tiga hasil yakni sebagian cahaya diserap, sebagian cahaya dipantulkan, dan sebagian cahaya diteruskan.

Kolorimetri.

Sebuah teknik analisis kimia berdasarkan pada tercapainya kesamaan warna di antara larutan Standard dan sampel dengan memanfaatkan sumber cahaya polikromatis dan detektor mata.
Kolorimetri memiliki 4 macam metode yaitu metode standar seri (metode Nessler), metode kesetimbangan, metode pengenceran dan metode standar sintetis.

Fotometri.

Adalah teknik analisis berdasarkan pada pengukuran besaran serapan sinar monokromatis lajur larutan berwarna dengan memanfaatkan detektor fotosel. Penggunaan detektor fotosel ini ditujukan untuk mengurangi kesalahan yang diakibatkan kolorimeter visual dengan menggunakan mata telanjang guna melihat intensitas warna sehingga dengan adanya keterbatasan ketelitian visual tersebut hasil yang diperoleh cenderung tidak reprodusible.

Spektrometer.

Merupakan alat yang dipergunakan dalam pengukuran teknik spektrometri. Cara kerjanya hanya dengan menembakkan cahaya putih yang nantinya akan diuraikan menjadi spektrum cahaya melewati cermin prisma.

Spektrometer memiliki beberapa jenis diantaranya spektrometer optik atau emisi optik, spektrometer electron, spektrometer massa, spektrometer waktu terbang, dan spektrometer magnetic.

Spektrofotometer.

Alat yang dipergunakan dalam pengukuran teknik spektrofotometri yang merupakan gabungan antara spektrometer dan fotometri. Spektrofotometer dibagi menjadi dua jenis yakni spektrofotometer single beam dan double beam. Spektrofotometer single beam hanya melewati satu arah dan hanya memperoleh nilai absorbansi dari larutan yang dimasukkan, sementara pada double beam dalam satu kali proses nilai blangko dan larutan dapat langsung diukur.

Spektrofotometer single beam memiliki beberapa kelemahan dibandingkan double beam diantaranya terkait perubahan intensitas cahaya yang diakibatkan oleh fluktuasi voltase.

Sejarah

Sejarah spektrometer diawali pada abad ke 19 tepatnya pada tahun 1802 dimana William Hyde Wollaston memperoleh penemuan dalam spektrum optik matahari yang ternyata tidak terdiri dari gradasi yang saling sambung dan tidak terputus, melainkan terdiri atas ratusan celah sempit.

Dari temuan ini kemudian diperkuat oleh penemuan ahli optika Jerman, Josef Von Fraunhofer yang memperoleh temuan dari hasil penelitian Isaac Newton dimana ia melihat garis hitam yang melewati spektrum matahari, Fraunhofer lantas mengukur panjang gelombang dari garis-garis hitam tersebut dan berhasil memetakan sekitar 570 garis yang kemudian disebut dengan garis Fraunhofer.

Gustav Kirchhoff dan Robert Bunsen menarik kesimpulan dari penemuan-penemuan yang sudah dilakukan penemu sebelumnya dan menyatakan bahwa garis-garis hitam dalam spektrum optik matahari tersebut berkaitan erat dengan elemen kimia. Garis hitam itu ditimbulkan oleh adanya penyerapan elemen kimia yang berada pada lapisan paling atas dari matahari.

Puncaknya pada tahun 1905 ditemukan spektrometer sederhana yang berwujud menyerupai tabung dan dapat memecah cahaya menjadi spektrum optik dengan memanfaatkan gesekan difraksi, yang merupakan peristiwa pembelokan dan penyebaran gelombang dengan memanfaatkan celah sempit sebagai penghalang.

Jenis Jenis Spektrometer :

Jika melihat dari bagian pendispersi, spektrometer terbagi menjadi dua jenis yaitu spektrometer berbasis prisma dan spektrometer pandang langsung.

1. Spektrometer prisma.

Spektrometer ini menggunakan prisma untuk mendispersi cahaya, prisma tersebut terlebih dulu harus dikalibrasi karena prisma tidak linear. Untuk mengalibrasi spektrometer prima dapat dilakukan hanya dengan memutar teleskop hingga satu sumbu dengan kolimator sehingga pada teleskop akan Tampak benang berhimpit dengan cahaya yang akan diamati. Selanjutnya menyejajarkan angka 0 yang ada pada skala utama dan skala nonius.

Spektrometer ini memiliki prinsip kerja dispersi cahaya dimana cahaya putih yang melewati prisma terurai menjadi spektrum warna. Spektrometer dilengkapi dengan wadah yang dapat mencegah cahaya yang tidak ingin diketahui spektrum cahayanya.

Cahaya yang masuk lensa kolimator diubah menjadi sinar sejajar dan masuk ke sebuah prisma yang kemudian dipisahkan menjadi spektrum. Lensa bertugas memfokuskan cahaya di celah keluar sehingga hanya ada satu warna yang dapat keluar dalam satu waktu. Guna memasukkan warna-warna lain prisma harus diputar dan keseluruhan spektrum terbaca. Skala dengan bentuk lingkaran akan mencatat sudut prisma yang digunakan dalam menentukan panjang gelombang cahaya.

Cara menggunakan spektrometer ini adalah dengan memasang sumber cahaya, menyesuaikan posisi kolimator agar tepat berada di depan sumber cahaya, mengalibrasi dan mencatat sumbu mula-mula, meletakkan prisma, mengatur teleskop pada satu arah, hingga tampak garis spektrum, menggeser teleskop hingga benang silang dan garis spektrum berhimpit, mencatat sudut yang dibentuk dan menghitung indeks bias prisma dan panjang gelombang dengan menggunakan rumus.

Sedangkan untuk proses membaca skalanya adalah dengan melihat skala yang terdekat dengan angka 0 dari skala utama dan skala nonius yang segaris dengan skala utama.

2. Spektrometer pandang langsung.

Spektrometer ini memiliki bentuk yang lebih mudah dan sederhana yakni hanya dengan melihat celah spektrometer. Cahaya dengan intensitas berbeda memiliki panjang gelombang yang berbeda pula pada setiap spektrum warnanya. Misalkan panjang gelombang dari spektrum cahaya matahari lebih panjang dibandingkan dari spektrum bohlam lampu.

Untuk mengalibrasinya hanya dengan meletakkan warna spektrum cahaya paling bawah pada skala yang paling bawah pula, yakni dengan memutar sekrup yang ada di samping spektrometer. Memutar ke kiri berarti menurunkan spektrum sedangkan memutar ke kanan berarti menaikkan spektrum.

Cara menggunakan spektrometer ini adalah dengan mengarahkannya ke arah sumber cahaya, mengalibrasi, dan memperhatikan warna yang ingin dihitung. Sedangkan untuk proses membaca skalanya adalah dengan melihat batas skala yang ditunjukkan oleh warna yang ingin dihitung, dengan skala terkecil 4. Batas skala yang ditunjukkan oleh warna tersebut dikalikan dengan 1000A atau 100nm.

Kedua jenis spektrometer ini memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Pada spektrometer berbasis prisma spektrum cahaya yang dihasilkan cenderung lebih jelas dan terang, sayangnya nilai yang dihasilkan tidak linear. Pada daerah dengan panjang gelombang merah, dispersi akan mengalami penurunan secara signifikan. Selain itu, untuk melakukan analisis spectral selanjutnya diperlukan tiga referensi dalam kalibrasinya.

Sementara itu, pada spektrometer pandang langsung resolusi yang dihasilkan juga sangat baik namun grating akan mendispersikan spektrum visible sehingga tidak semua warna cocok di bidang kamera sehingga diperlukan eksposur guna menangkap gambar.

Fungsi Spektrometer.

Spektrometer memiliki banyak fungsi sesuai dengan jenis spektroskopinya diantaranya untuk mengidentifikasi molekul atau atom. Tiap-tiap molekul atau atom memiliki karakteristik spektrum garis yang berbeda-beda pula.

Alat ini sangat dibutuhkan pada beberapa industri seperti industri pangan, medis dan kecantikan guna mengetahui kandungan-kandungan penting yang ada di dalam sampel. Dalam bidang astronomi, spektrometer dimanfaatkan untuk menganalisis komposisi kimia dari bintang dan planet serta mengumpulkan data terkait asal mula alam semesta.

Bagian bagian Spektrometer

Spektrometer terdiri dari beberapa bagian yang dibentuk guna menghasilkan spektrum cahaya dan menghitung indeks bias. Bagian-bagian tersebut diantaranya:

• Teleskop.
  Tersusun atas lensa okuler dan lensa objektif yang dilengkapi dengan sekrup khusus untuk mengatur posisi lensa. Teleskop memiliki fungsi melihat spektrum cahaya yang muncul seusai cahaya putih ditembakkan melewati cermin prisma serta menunjukkan besar sudut yang dihasilkan dari dispersi cahaya.
• Lensa kolimator.
  Lensa cembung berbentuk tabung yang dilengkapi dengan sekrup pengatur yang digunakan untuk menyesuaikan jumlah cahaya yang masuk. Berada di sebelah celah masuk cahaya.
  Lensa ini berfungsi mencegah terjadinya kebocoran cahaya putih sebelum ditembakkan ke arah prisma.
• Meja spektrometer.
  Sebagai wadah penampung prisma dan dilengkapi sekrup untuk menaikkan dan menurunkan ketinggian meja. Sebelum meletakkan prisma, meja harus berada pada posisi datar dan sejajar.
• Skala utama dan skala nonius.
  Memiliki bentuk menyerupai piringan datar dan terletak di bawah meja spektrometer. Skala utama memiliki skala 360 memperlihatkan sudut satu lingkaran penuh.
  Sedangkan skala nonius terdiri dari beberapa skala dengan ukuran lebih kecil dibanding skala utama. Jumlahnya menyesuaikan dengan tingkat ketelitian dari spektrometer dimana semakin kecil tingkat ketelitian maka semakin besar pula skala noniusnya.
  Skala utama memiliki fungsi menunjukkan besar sudut yang dihasilkan oleh dispersi cahaya, sementara skala nonius memiliki fungsi mengatur tingkat ketelitian dari spektrometer.

Baca juga : Cara Kerja Manometer dan Fungsinya

Prinsip Kerja Spektrometer :

Spektrometer mempunyai prinsip kerja yang cukup sederhana, yaitu dengan cara menembakkan sebuah cahaya putih yang kemudian akan diteruskan dan diuraikan menjadi spektrum cahaya melewati sebuah cermin prisma.

Cara Menggunakan :

Saat ini sudah banyak tersedia mesin yang sudah modern dan otomatis, sehingga membuat penggunanya semakin dimudahkan untuk penggunaannya. Namun untuk Anda yang masih belum mengetahui cara penggunaannya, Anda dapat mengikuti langkah berikut ini.

• Pastikan sumber cahayanya masih normal, dalam pelaksanaannya Anda dapat menggunakan lampu jenis natrium.
• Spektrometer pastikan tepat berada di depan cahaya, hal ini bertujuan agar cahaya dapat secara langsung menuju pada lensa kolimator.
• Lakukan kalibrasi.
• Ukur indeks biasnya dengan cara meletakkan cermin prisma.
• Pastikan garis spektrum tampak dengan jelas di setiap panjang gelombang dengan cara mengatur teleskopnya.
• Silahkan geser geser teleskopnya sampai benang silang dan garis spektrum menjadi saling berhimpitan.
• Jika cahaya spektrum sudah terlihat jelas catatlah besar sudut dispersi yang keluar.
• Langkah terakhir silahkan hitung panjang gelombang dan indeksi bias pada cermin prisma.

Baca juga : Fungsi dan Cara Kerja Universal Testing Machine

Itulah materi tentang Spektrometer, semoga dapat dimengerti. Jika ada yang ingin ditanyakan atau didiskusikan silahkan masukkan ke kolom komentar.