Spektroskopi optik adalah sarana mempelajari sifat-sifat benda fisik berdasarkan pengukuran bagaimana suatu benda memancarkan dan berinteraksi dengan cahaya. Ini dapat digunakan untuk mengukur atribut seperti komposisi kimia objek, suhu, dan kecepatan. Ini melibatkan cahaya tampak, ultraviolet, atau inframerah, sendiri atau dalam kombinasi, dan merupakan bagian dari kelompok teknik spektroskopi yang lebih besar yang disebut spektroskopi elektromagnetik. Spektroskopi optik adalah teknik penting dalam bidang ilmiah modern seperti kimia dan astronomi.
Sebuah objek menjadi terlihat dengan memancarkan atau memantulkan foton, dan panjang gelombang foton ini bergantung pada komposisi objek, bersama dengan atribut lain seperti suhu. Mata manusia merasakan ada dan tidak adanya panjang gelombang yang berbeda sebagai warna yang berbeda. Misalnya, foton dengan panjang gelombang 620 hingga 750 nanometer dianggap berwarna merah, sehingga objek yang terutama memancarkan atau memantulkan foton dalam rentang tersebut terlihat merah. Menggunakan perangkat yang disebut spektrometer, cahaya dapat dianalisis dengan presisi yang jauh lebih besar. Pengukuran yang tepat ini—dikombinasikan dengan pemahaman tentang berbagai sifat cahaya yang dihasilkan, dipantulkan, atau diserap oleh zat yang berbeda dalam berbagai kondisi—adalah dasar dari spektroskopi optik.
Unsur dan senyawa kimia yang berbeda bervariasi dalam cara mereka memancarkan atau berinteraksi dengan foton karena perbedaan mekanika kuantum dalam atom dan molekul yang menyusunnya. Cahaya yang diukur dengan spektrometer setelah cahaya dipantulkan, dilewatkan, atau dipancarkan oleh objek yang dipelajari memiliki apa yang disebut garis spektral. Garis-garis ini adalah diskontinuitas terang atau gelap yang tajam dalam spektrum yang menunjukkan jumlah foton yang luar biasa tinggi atau rendah dari panjang gelombang tertentu. Zat yang berbeda menghasilkan garis spektral khas yang dapat digunakan untuk mengidentifikasi mereka. Garis spektrum ini juga dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti suhu dan kecepatan objek, sehingga spektroskopi juga dapat digunakan untuk mengukurnya. Selain panjang gelombang, karakteristik cahaya lainnya, seperti intensitasnya, juga dapat memberikan informasi yang berguna.
Spektroskopi optik dapat dilakukan dengan beberapa cara berbeda, tergantung pada apa yang sedang dipelajari. Spektrometer individu adalah perangkat khusus yang berfokus pada analisis yang tepat dari bagian spektrum elektromagnetik yang spesifik dan sempit. Oleh karena itu mereka ada dalam berbagai jenis untuk aplikasi yang berbeda.
Salah satu jenis utama spektroskopi optik, yang disebut spektroskopi serapan, didasarkan pada pengidentifikasian panjang gelombang cahaya mana yang diserap oleh suatu zat dengan mengukur foton yang dilewatinya. Cahaya dapat diproduksi secara khusus untuk tujuan ini dengan peralatan seperti lampu atau laser atau dapat berasal dari sumber alami, seperti cahaya bintang. Ini paling sering digunakan dengan gas, yang cukup menyebar untuk berinteraksi dengan cahaya sambil tetap membiarkannya lewat. Spektroskopi serapan berguna untuk mengidentifikasi bahan kimia dan dapat digunakan untuk membedakan unsur atau senyawa dalam suatu campuran.
Metode ini juga sangat penting dalam astronomi modern dan sering digunakan untuk mempelajari suhu dan komposisi kimia benda langit. Spektroskopi astronomi juga mengukur kecepatan objek yang jauh dengan memanfaatkan efek Doppler. Gelombang cahaya dari suatu benda yang bergerak menuju pengamat tampaknya memiliki frekuensi yang lebih tinggi dan dengan demikian panjang gelombang lebih rendah daripada gelombang cahaya dari suatu benda yang diam relatif terhadap pengamat, sedangkan gelombang dari suatu benda yang bergerak menjauh tampaknya memiliki frekuensi yang lebih rendah. Fenomena ini masing-masing disebut pergeseran biru dan pergeseran merah, karena menaikkan frekuensi gelombang cahaya tampak memindahkannya ke ujung spektrum biru/ungu, sementara menurunkan frekuensi memindahkannya ke arah merah.
Bentuk penting lain dari spektroskopi optik disebut spektroskopi emisi. Ketika atom atau molekul tereksitasi oleh sumber energi luar seperti cahaya atau panas, tingkat energinya meningkat untuk sementara sebelum turun kembali ke keadaan dasarnya. Ketika partikel tereksitasi kembali ke keadaan dasarnya, mereka melepaskan kelebihan energi dalam bentuk foton. Seperti halnya dengan penyerapan, zat yang berbeda memancarkan foton dengan panjang gelombang yang berbeda yang kemudian dapat diukur dan dianalisis. Dalam satu bentuk umum dari teknik ini, yang disebut spektroskopi fluoresensi, subjek yang dianalisis diberi energi dengan cahaya, biasanya sinar ultraviolet. Dalam spektroskopi emisi atom, api, listrik, atau plasma digunakan.
Spektroskopi fluoresensi umumnya digunakan dalam biologi dan kedokteran, karena lebih sedikit merusak bahan biologis daripada metode lain dan karena beberapa molekul organik secara alami berpendar. Spektroskopi serapan atom digunakan dalam analisis kimia dan sangat efektif untuk mendeteksi logam. Berbagai jenis spektroskopi serapan atom digunakan untuk tujuan seperti mengidentifikasi mineral berharga dalam bijih, menganalisis bukti dari TKP, dan mempertahankan kontrol kualitas dalam metalurgi dan industri.