Spektroskop adalah instrumen ilmiah yang membagi cahaya menjadi panjang gelombang yang berbeda, yang dilihat manusia sebagai warna yang berbeda. Violet memiliki panjang gelombang terpendek yang bisa dilihat orang dan merah terpanjang. Alat ini juga dapat mengidentifikasi panjang gelombang yang tidak dapat dilihat manusia, seperti radiasi infra merah dan ultraviolet. Cahaya biasanya mengandung campuran panjang gelombang yang berbeda; dengan mempelajari ini, para ilmuwan dapat menemukan informasi yang berguna, seperti unsur-unsur kimia yang ada pada sumber cahaya. Spektroskop banyak digunakan dalam astronomi, kimia, dan bidang lainnya.
Jenis Spektroskop dan Cara Kerjanya
Joseph von Fraunhofer, seorang ahli optik Jerman, menemukan spektroskop pada tahun 1814. Dalam bentuk awalnya, spektroskop menggunakan lensa untuk memfokuskan cahaya yang masuk dan prisma untuk membagi cahaya dengan pembiasan. Namun, kemudian Fraunhofer mengganti prisma dengan perangkat yang terdiri dari sejumlah celah sempit paralel yang dikenal sebagai kisi difraksi. Ini menyebarkan panjang gelombang cahaya yang berbeda dengan jumlah yang berbeda dan memiliki keuntungan memungkinkan pengamat untuk benar-benar mengukur panjang gelombang, yang tidak mungkin menggunakan prisma. Fraunhofer menggunakan spektroskopnya untuk mempelajari cahaya dari berbagai sumber, termasuk api, material panas, dan Matahari, planet, dan bintang.
Spektroskop modern datang dalam beberapa jenis, tergantung pada tujuannya. Perangkat genggam sederhana menggunakan kisi difraksi kecil atau prisma dan mudah dibawa-bawa. Ini dirancang untuk digunakan di lapangan, dan dapat digunakan untuk mengidentifikasi batu permata dan mineral, misalnya. Dalam astronomi, spektroskop biasanya digunakan dengan teleskop untuk menganalisis cahaya dari objek yang jauh dan redup; instrumen ini cenderung berat dan besar.
Ada instrumen lain yang melakukan pekerjaan yang sama seperti spektroskop dan bekerja dengan prinsip yang sama. Ini berbeda terutama dalam cara spektrum direkam. Spektrometer modern menghasilkan gambar spektrum digital, sedangkan spektrofotometer merekamnya secara elektronik, dan spektrograf adalah nama yang lebih umum untuk instrumen yang menghasilkan dan merekam spektrum. Istilah-istilah ini kadang-kadang digunakan secara bergantian dan “spektroskop” dapat menggambarkan salah satu dari mereka.
Beberapa perangkat dapat menghasilkan spektrum radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang di luar batas cahaya tampak. Karena radiasi ini tidak dapat diamati secara langsung, spektrum perlu direkam oleh detektor khusus. Ini digunakan untuk mempelajari radiasi inframerah dan ultraviolet.
Spektroskop inframerah dapat menggunakan monokromator yang dapat disesuaikan untuk mengisolasi setiap panjang gelombang yang diinginkan secara bergantian atau, lebih umum, interferometer. Ini membagi radiasi yang masuk menjadi dua sinar. Sebuah cermin bergerak memvariasikan panjang satu balok sehingga ketika mereka disatukan, mereka menghasilkan pola interferensi. Analisis pola mengungkapkan panjang gelombang berbeda yang ada. Metode interferometer memiliki keuntungan mendeteksi semua panjang gelombang dalam satu lintasan.
Jenis Spektrum
Zat yang memancarkan cahaya menghasilkan spektrum emisi. Padatan panas dan bercahaya — seperti logam putih-panas — memancarkan cahaya pada semua panjang gelombang dan menghasilkan spektrum kontinu, di mana warna-warna bergabung satu sama lain. Gas yang sangat panas, di sisi lain, menghasilkan spektrum garis, yang terdiri dari garis-garis berwarna dengan latar belakang gelap. Ini karena mereka memancarkan cahaya hanya pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada unsur-unsur kimia yang ada.
Setiap elemen memiliki pola garis yang unik. Natrium, misalnya, menghasilkan garis kuat di bagian kuning spektrum. Hal ini dapat dilihat dengan menaburkan garam (natrium klorida) ke dalam nyala api, sehingga memberikan warna kuning yang khas.
Spektrum serapan dihasilkan ketika cahaya pada panjang gelombang tertentu diserap oleh gas atau cairan yang dilaluinya. Setiap unsur kimia hanya menyerap panjang gelombang tertentu — panjang gelombang yang sama yang dipancarkannya sebagai gas panas — sehingga spektrum serapan juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi unsur. Spektrum serapan terdiri dari garis-garis gelap dengan latar belakang terang dari spektrum kontinu.
Matahari menghasilkan spektrum kontinu dengan sejumlah garis serapan gelap. Proses fusi nuklir di inti Matahari melepaskan cahaya pada banyak panjang gelombang, tetapi beberapa di antaranya diserap oleh berbagai elemen saat cahaya bergerak ke permukaan, menghasilkan garis-garis gelap. Para ilmuwan mampu menentukan komposisi kimia Matahari dengan cara ini. Unsur helium, yang belum pernah terlihat di Bumi, pertama kali diidentifikasi oleh garis serapannya dalam spektrum Matahari.
Spektroskopi dalam Astronomi
Para astronom menggunakan spektroskop untuk mengetahui elemen apa yang ada di bintang, di atmosfer planet, dan di ruang antarbintang. Bintang telah ditemukan berbeda dalam komposisi dan dapat diklasifikasikan menurut spektrumnya. Spektroskop telah memungkinkan peneliti untuk mengetahui elemen apa yang ada di atmosfer planet lain di tata surya. Para astronom mungkin dapat menganalisis atmosfer planet ekstrasurya yang mengorbit bintang lain; jika oksigen ditemukan, ini akan menjadi indikasi kuat kehidupan.
Pemeriksaan cahaya dari galaksi lain telah mengungkapkan bahwa, dalam banyak kasus, garis spektral elemen bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih panjang, ujung merah spektrum, sebuah fenomena yang dikenal sebagai pergeseran merah. Galaksi yang paling jauh menunjukkan pergeseran merah terbesar, dan sebagian besar astronom percaya bahwa ini karena alam semesta mengembang. Ketika ruang antara dua benda meningkat, cahaya yang merambat di antara keduanya akan terbentang, menghasilkan panjang gelombang yang lebih panjang.
Spektrum objek yang sangat jauh, miliaran tahun cahaya, digeser melampaui jangkauan cahaya tampak dan masuk ke wilayah inframerah. Untuk alasan ini, spektroskopi inframerah harus digunakan untuk menganalisisnya. Molekul menghasilkan radiasi inframerah pada panjang gelombang karakteristik ketika mereka bergetar atau berputar. Oleh karena itu, metode ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi molekul yang ada di awan gas yang mengambang di ruang antarbintang. Para astronom telah menemukan air, metana, dan amonia di awan gas dengan cara ini.
Spektroskopi dalam Kimia
Dalam kimia, spektroskop dapat mengidentifikasi unsur-unsur yang ada dalam sampel bahan. Memanaskan sampel dengan kuat, seperti dalam nyala api, mengubahnya menjadi gas panas bercahaya yang menghasilkan spektrum garis emisi. Ahli kimia kemudian dapat memeriksa ini untuk mengidentifikasi unsur-unsur. Metode ini menyebabkan penemuan banyak unsur dalam tabel periodik. Atau, spektroskopi dapat menangkap spektrum penyerapan cairan ketika cahaya menyinarinya.
Ahli kimia dapat menggunakan spektroskopi untuk mengidentifikasi senyawa kimia serta unsur. Spektroskopi inframerah sangat berguna dalam hal ini, dan sering digunakan dalam kimia organik, biokimia, dan kimia forensik.