Spektroskopi

Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya dan materi. Dalam catatan sejarah, spektroskopi mengacu kepada cabang ilmu dimana "cahaya tampak" digunakan dalam teori-teori struktur materi serta analisa kualitatif dan kuantitatif. Dalam masa modern, definisi spektroskopi berkembang seiring teknik-teknik baru yang dikembangkan untuk memanfaatkan tidak hanya cahaya tampak, tetapi juga bentuk lain dari radiasi elektromagnetik dan non-elektromagnetik seperti gelombang mikro, gelombang radio, elektron, fonon, gelombang suara, sinar x dan lain sebagainya.

Spektroskopi umumnya digunakan dalam kimia fisik dan kimia analisis untuk mengidentifikasi suatu substansi melalui spektrum yang dipancarkan atau yang diserap. Alat untuk merekam spektrum disebut spektrometer. Spektroskopi juga digunakan secara intensif dalam astronomi dan penginderaan jarak jauh. Kebanyakan teleskop-teleskop besar mempunyai spektrograf yang digunakan untuk mengukur komposisi kimia dan atribut fisik lainnya dari suatu objek astronomi atau untuk mengukur kecepatan objek astronomi berdasarkan pergeseran Doppler garis-garis spektral.

salah satu jenis spektroskopi adalah spektroskopi infra merah (IR). spektroskopi ini didasarkan pada vibrasi suatu molekul.

Metode spektroskopi

a Spektroskopi UV-VIS
Umumnya spektroskopi dengan sinar ultraviolet (UV) dan sinar tampak (VIS) dibahas bersama karena sering kedua pengukuran dilakukan pada waktu yang sama. Karena spektroskopi UV-VIS berkaitan dengan proses berenergi tinggi yakni transisi elektron dalam molekul, informasi yang didapat cenderung untuk molekul keseluruhan bukan bagian-bagian molekulnya.

Metoda ini sangat sensitif dan dengan demikian sangat cocok untuk tujuan analisis. Lebih lanjut,spetroskopi UV-VIS sangat kuantitatif dan jumlah sinar yang diserap oleh sampel diberikan oleh ungkapan hukum Lambert-Beer. Menurut hukum ini, absorbans larutan sampel sebanding dengan panjang lintasan cahaya d dan konsentrasi larutannya c.

b Spektroskopi Infra merah (IR)
Dibandingkan dengan panjang gelombang sinar ultraviolet dan tampak, panjang gelombang infra merah lebih panjang dan dengan demikian energinya lebih rendah. Energi sinar inframerah akan berkaitan dengan energi vibrasi molekul. Molekul akan dieksitasi sesuai dengan panjang gelombang yang diserapnya.

Vibrasi ulur dan tekuk adalah cara vibrasi yang dapat diekstitasi oleh sinar dengan bilangan gelombag (jumlah gelombang per satuan panjang) dalam rentang 1200-4000 cm–1. Hampir semua gugus fungsi organik memiliki bilangan gelombang serapan khas di daerah yang tertentu. Jadi daerah ini disebut daerah gugus fungsi dan absorpsinya disebut absorpsi khas.

Jenis-Jenis Spektroskopi

Penyerapan

Penyerapan spektroskopi adalah teknik di mana kekuatan seberkas cahaya diukur sebelum dan sesudah interaksi dengan sampel dibandingkan. teknik penyerapan spesifik cenderung disebut dengan panjang gelombang radiasi yang terukur seperti ultraviolet, inframerah atau spektroskopi penyerapan microwave. Penyerapan terjadi ketika energi dari foton sesuai dengan perbedaan energi antara dua negara material.

Fluoresensi

Fluoresensi spektroskopi menggunakan foton energi yang lebih tinggi untuk merangsang sampel, yang kemudian akan memancarkan foton energi yang lebih rendah. Teknik ini telah menjadi populer untuk biokimia dan aplikasi medis, dan dapat digunakan untuk mikroskopi confocal, fluoresensi mentransfer resonansi energi, dan pencitraan fluoresensi seumur hidup.

Sinar X

Ketika X-ray dari frekuensi yang cukup (energi) berinteraksi dengan zat, elektron cangkang bagian dalam atom yang bersemangat untuk orbital kosong luar, atau mereka bisa dihapus sepenuhnya, ionisasi atom. Shell "lubang" batin kemudian akan diisi oleh elektron dari orbital luar. Energi yang tersedia dalam proses de-eksitasi yang dipancarkan sebagai radiasi (fluoresensi) atau akan menghapus elektron kurang-terikat lain dari atom (Auger effect). Frekuensi absorpsi atau emisi (energi) merupakan karakteristik dari atom tertentu. Selain itu, untuk atom tertentu, kecil frekuensi (energi) variasi yang merupakan ciri khas dari ikatan kimia terjadi. Dengan alat yang cocok, ini X-ray karakteristik frekuensi atau energi elektron Auger dapat diukur. Penyerapan sinar-X dan spektroskopi emisi yang digunakan dalam ilmu kimia dan bahan untuk menentukan komposisi unsur dan ikatan kimia.
X-ray kristalografi adalah proses hamburan; material kristalin scatter sinar-X di sudut didefinisikan dengan baik. Jika panjang gelombang insiden sinar-X yang diketahui, hal ini memungkinkan perhitungan jarak antara bidang atom dalam kristal. Intensitas dari sinar-X yang tersebar memberikan informasi tentang posisi atom dan memungkinkan pengaturan atom-atom dalam struktur kristal untuk dihitung. Namun, sinar X-ray maka tidak tersebar sesuai dengan panjang gelombang tersebut, yang ditetapkan pada nilai tertentu, dan X-ray difraksi dengan demikian bukanlah sebuah spektroskopi.

Api

Sampel cair solusi yang disedot ke dalam burner atau nebulizer / kombinasi burner, desolvated, dikabutkan, dan kadang-kadang bersemangat untuk keadaan energi yang lebih tinggi elektronik. Penggunaan api selama analisis membutuhkan bahan bakar dan oksidan, biasanya dalam bentuk gas. bahan bakar gas yang umum digunakan adalah asetilena (etuna) atau hidrogen. gas oksidan umum digunakan adalah oksigen, udara, atau nitrous oxide. Metode ini seringkali mampu menganalisis analit Unsur logam di bagian per juta, miliar, atau mungkin rentang konsentrasi yang lebih rendah. Light detektor diperlukan untuk mendeteksi cahaya dengan informasi analisis yang berasal dari api.

• Atom Emisi Spektroskopi - Metode ini menggunakan eksitasi nyala api; atom gembira dari panas api untuk memancarkan cahaya. Metode ini biasanya menggunakan burner konsumsi total dengan outlet terbakar bulat. Sebuah api suhu yang lebih tinggi daripada spektroskopi serapan atom (AA) biasanya digunakan untuk menghasilkan eksitasi atom analit. Karena atom analit sangat antusias oleh panas api, tidak ada lampu elemen khusus untuk bersinar ke dalam api diperlukan. Sebuah polychromator resolusi tinggi dapat digunakan untuk menghasilkan intensitas emisi vs spektrum panjang gelombang rentang panjang gelombang eksitasi unsur yang menunjukkan jalur ganda, yang berarti beberapa elemen dapat dideteksi dalam satu kali. Atau, monokromator bisa diset pada satu panjang gelombang untuk berkonsentrasi pada analisis elemen tunggal pada garis emisi tertentu. Plasma spektroskopi emisi adalah versi lebih modern dari metode ini. Lihat Flame spektroskopi emisi untuk lebih jelasnya.
• Spektroskopi serapan atom (sering disebut AA) - Metode ini biasanya menggunakan nebulizer pra-burner (atau nebulizing ruang) untuk menciptakan kabut sampel dan berbentuk burner slot yang memberikan pathlength api lagi. Suhu nyala api cukup rendah bahwa api itu sendiri tidak merangsang atom sampel dari keadaan dasar mereka. Para nebulizer dan nyala api digunakan untuk desolvate dan menyemprotkan suatu cairan sampel, tetapi eksitasi atom analit dilakukan dengan menggunakan lampu bersinar melalui api di berbagai panjang gelombang untuk setiap jenis analit. Dalam AA, jumlah cahaya yang diserap setelah melalui api menentukan jumlah analit dalam sampel. Sebuah tungku grafit untuk memanaskan sampel untuk desolvate dan menyemprotkan suatu cairan umumnya digunakan untuk sensitivitas yang lebih besar. Metode tungku grafit juga dapat menganalisis beberapa sampel padat atau lumpur. Karena sensitivitas yang baik dan selektivitas, masih merupakan metode yang umum digunakan untuk analisis unsur jejak tertentu dalam air (dan lainnya cair) sampel.
• Atom Fluoresensi Spektroskopi - Metode ini biasanya menggunakan pembakar dengan membakar outlet bulat. api ini digunakan untuk melarutkan dan menyemprotkan suatu cairan sampel, tetapi lampu bersinar terang pada panjang gelombang tertentu ke api untuk merangsang atom analit dalam nyala. Atom-atom unsur tertentu kemudian dapat berpendar memancarkan cahaya dalam arah yang berbeda. Intensitas cahaya fluorescing ini digunakan untuk mengukur jumlah unsur analit dalam sampel. Sebuah tungku grafit juga dapat digunakan untuk spektroskopi fluoresensi atom. Metode ini tidak umum digunakan sebagai serapan atom atau spektroskopi emisi plasma.

Spektroskopi Emisi Plasma
Dalam beberapa hal mirip dengan spektroskopi emisi nyala atom, telah digantikan itu.

• Arus searah plasma (DCP)

Sebuah plasma arus searah (DCP) dibuat dengan mengalirkan listrik antara dua elektroda.
Suatu gas dukungan plasma diperlukan, dan Ar adalah umum. Sampel dapat disimpan pada salah satu elektroda, atau jika melakukan dapat membuat satu elektroda.

• Glow discharge-optik spektrometer emisi (GD-OES)

• Induktif ditambah plasma-atom emisi spektrometri (ICP-AES)

• Laser Induced Breakdown Spektroskopi (libs), juga disebut spektrometri Laser-induced plasma (LIPS)

• Microwave-induced plasma (MIP)

Spark atau busur (emisi) spektroskopi - digunakan untuk analisis unsur logam pada sampel padat. Untuk bahan non-konduktif, sampel adalah tanah dengan bubuk grafit untuk membuatnya konduktif. Dalam metode spektroskopi busur tradisional, sebuah contoh dari padat umumnya tanah dan hancur selama analisis. Busur listrik atau percikan dilewatkan melalui sampel, pemanasan sampel dengan suhu tinggi untuk merangsang atom di dalamnya. Atom analit berseri gembira, memancarkan cahaya pada berbagai panjang gelombang yang dapat dideteksi dengan metode spektroskopi umum. Karena kondisi menghasilkan emisi busur biasanya tidak dikendalikan secara kuantitatif, analisis untuk unsur-unsur adalah kualitatif.
Saat ini, sumber-sumber percikan dengan debit dikendalikan di bawah atmosfer argon memungkinkan bahwa metode ini dapat dianggap nyata kuantitatif, dan penggunaannya secara luas diperluas di seluruh dunia melalui laboratorium kontrol produksi pengecoran dan pabrik baja.

Terlihat

Banyak atom memancarkan atau menyerap cahaya tampak. Dalam rangka untuk mendapatkan spektrum garis halus, atom harus dalam fasa gas. Ini berarti bahwa substansi harus menguap. Spektrum dipelajari dalam penyerapan atau emisi. spektroskopi penyerapan Terlihat sering dikombinasikan dengan spektroskopi serapan UV di UV / spektroskopi Vis. Meskipun bentuk ini mungkin biasa seperti mata manusia merupakan indikator yang mirip, itu masih terbukti bermanfaat ketika membedakan warna.

Ultraungu

Semua atom menyerap di daerah (UV) Ultraviolet karena foton yang energik cukup untuk membangkitkan elektron terluar. Jika frekuensi cukup tinggi, photoionization terjadi. Spektroskopi UV juga digunakan dalam mengukur protein dan konsentrasi DNA serta rasio protein untuk konsentrasi DNA dalam larutan. Beberapa asam amino biasanya ditemukan pada protein, seperti tryptophan, menyerap cahaya pada kisaran 280 nm dan DNA menyerap cahaya dalam rentang 260 nm. Untuk alasan ini, rasio absorbansi 260/280 nm merupakan indikator yang umum baik dari kemurnian relatif suatu larutan dalam hal kedua makromolekul. estimasi yang wajar protein atau konsentrasi DNA juga dapat dibuat dengan cara ini menggunakan hukum Beer's.

Inframerah

spektroskopi inframerah menawarkan kemungkinan untuk mengukur berbagai jenis getaran ikatan antar atom di frekuensi yang berbeda. Khususnya dalam kimia organik analisis spektrum serapan IR menunjukkan jenis obligasi yang hadir dalam sampel. Ini juga merupakan metode penting untuk menganalisis polimer dan konstituen seperti pengisi, pigmen dan plasticizer.

Near Infrared (NIR)

Rentang NIR dekat inframerah, segera di luar jangkauan panjang gelombang terlihat, sangat penting untuk aplikasi praktis karena kedalaman penetrasi jauh lebih besar dari radiasi NIR ke sampel dari dalam hal rentang pertengahan spektroskopi IR. Hal ini memungkinkan sampel juga besar untuk diukur pada setiap scan dengan spektroskopi NIR, dan saat ini digunakan untuk aplikasi praktis seperti: gandum cepat analisis, farmasi diagnosa medis / obat-obatan, bioteknologi, analisis genomik, analisis proteomika, penelitian interactomics, pemantauan tekstil inline , makanan kimia analisis dan pencitraan / imaging itt organisme utuh, plastik, tekstil, deteksi serangga, aplikasi laboratorium forensik, deteksi kejahatan dan berbagai aplikasi militer.

Raman

Raman spektroskopi menggunakan hamburan inelastis cahaya untuk menganalisa mode getaran dan putaran dari molekul. The 'sidik jari' yang dihasilkan adalah bantuan untuk analisis.

Anti-Stokes koheren Raman spektroskopi (MOBIL)

CARS adalah teknik terbaru yang memiliki sensitivitas yang tinggi dan aplikasi yang kuat untuk''in vivo''spektroskopi dan pencitraan.

Resonansi magnetik nuklir

spektroskopi resonansi magnetik nuklir analisis sifat magnetik inti atom tertentu untuk menentukan lingkungan elektronik lokal yang berbeda dari hidrogen, karbon, atau atom lain dalam suatu senyawa organik atau senyawa lainnya. Ini digunakan untuk membantu menentukan struktur senyawa.

Photoemission

Mössbauer

Transmisi atau konversi-elektron (CEMS) mode probe Mössbauer spektroskopi sifat inti isotop tertentu di lingkungan atom yang berbeda dengan menganalisis penyerapan resonan gamma energi karakteristik-sinar dikenal sebagai efek Mössbauer.

Jenis Lainnya

Ada berbagai jenis teknik analisis bahan di bawah luas judul "spektroskopi", memanfaatkan berbagai pendekatan yang berbeda untuk sifat material menyelidik, seperti absorbansi, refleksi, emisi, hamburan, konduktivitas termal, dan indeks bias.

• Spektroskopi akustik
• Auger spektroskopi adalah metode yang digunakan untuk mempelajari permukaan bahan pada skala mikro. Hal ini sering digunakan dalam kaitannya dengan mikroskop elektron.
• Rongga cincin bawah spektroskopi
• Edaran Dichroism spektroskopi
• Deep-level transient spektroskopi tindakan konsentrasi dan analisis parameter cacat elektrik aktif dalam bahan semikonduktor
• Dielektrik spektroskopi
• Dual polarisasi interferometri mengukur komponen real dan imajiner dari indeks bias kompleks
• Angkatan spektroskopi
• Spektroskopi transformasi Fourier merupakan metode yang efisien untuk pengolahan data spectra diperoleh dengan menggunakan interferometer. Hampir semua teknik spektroskopi inframerah (seperti FTIR) dan resonansi magnetik nuklir (NMR) berbasis transformasi Fourier.
• Transformasi Fourier spektroskopi inframerah (FTIR)
• Hadron studi spektroskopi energi / spektrum massa hadrons menurut spin, paritas, dan sifat partikel lainnya. spektroskopi baryon dan spektroskopi meson adalah kedua jenis spektroskopi Hadron.
• inelastik tunneling elektron spektroskopi (IETS) menggunakan perubahan arus akibat interaksi elektron-getaran elastis pada energi tertentu yang juga dapat mengukur transisi optik dilarang.
• hamburan neutron inelastis yang mirip dengan spektroskopi Raman, tetapi menggunakan neutron bukan foton.
• Laser spektroskopi menggunakan laser merdu dan jenis-jenis sumber emisi koheren, seperti osilator parametrik optik, untuk eksitasi selektif spesies atom atau molekul.
  • Spektroskopi laser ultra cepat
  • Teknik spektroskopi melibatkan interaksi dengan getaran makroskopik, seperti fonon. Contohnya adalah spektroskopi akustik, melibatkan gelombang suara.
  • Neutron spin echo tindakan spektroskopi dinamika internal dalam protein dan lain hal lunak sistem
  • Resonansi magnetik nuklir (NMR)
  • Fotoakustik spektroskopi mengukur gelombang suara yang dihasilkan pada penyerapan radiasi.
  • Fotothermal spektroskopi tindakan berevolusi pada penyerapan panas radiasi.
  • Raman spektroskopi optik kegiatan eksploitasi hamburan Raman dan efek aktivitas optik untuk mengungkapkan informasi rinci tentang pusat kiral pada molekul.
  • Terahertz spektroskopi menggunakan spektroskopi infra merah panjang gelombang di atas dan di bawah pengukuran microwave atau gelombang milimeter.
  • Sisa-spektroskopi diselesaikan adalah spektroskopi materi dalam situasi di mana sifat berubah dengan waktu.
  • Thermal tindakan spektroskopi inframerah yang dipancarkan radiasi termal dari bahan dan permukaan dan digunakan untuk menentukan jenis obligasi hadir dalam suatu sampel serta lingkungan kisi mereka. Teknik ini banyak digunakan oleh ahli kimia organik, mineral, dan ilmuwan planet.

Posted in: Physics,Spektroskopi