Mengenal Spektrometer, Fungsi dan Cara Kerjanya

Salah satu jenis alat optik yang paling umum ditemukan di laboratorium adalah mikroskop. Namun di samping mikroskop, beberapa jenis laboratorium dalam dunia industri juga menggunakan alat optik lainnya. Spektrometer adalah salah satunya. Apa itu spektrometer dan fungsinya? Juga bagaimana prinsip dan cara kerjanya?

Pengertian spektrometer

Seperti yang telah disebutkan pada bagian pembuka, spektrometer adalah salah satu jenis alat optik. Itu artinya spektrometer bekerja dengan memanfaatkan sifat-sifat cahaya. Secara sederhana, spektrometer adalah alat untuk melihat spektrum cahaya dari sebuah zat. Spektrum cahaya sebuah zat dapat terpancar apabila dipanaskan dalam suhu tinggi hingga membentuk gas. Gas tersebut kemudian disorot dengan sinar putih hingga muncul spektrum cahaya.

Mengapa perlu memperhatikan spektrum cahaya sebuah zat? Ternyata, setiap zat memiliki spektrum cahaya yang berbeda-beda. Hal ini dipengaruhi oleh komposisi kimiawi yang menyusun zat. Dengan menganalisis spektrum cahaya sebuah zat maka peneliti dapat mengetahui komposisi kimiawi dari zat tersebut.

Sejarah spektrometer

Gambar 1: Gustav Robert Kirchhoff

Sejarah kemunculan spektrometer bermula pada abad ke-19, tepatnya di tahun 1802, Saat itu, William Hyde Wollaston menemukan bahwa dalam spektrum optik matahari ternyata terdapat beberapa garis-garis hitam. Hal ini mematahkan temuan sebelumnya yang menganggap bahwa spektrum matahari tidak tersusun atas gradasi warna yang saling menyambung tanpa sekat.

Temuan Wollaston ini kemudian diperkuat oleh temuan Josef von Fraunhofer di tahun 1814. Dalam studi tersebut Fraunhofer juga menemukan garis-garis hitam dalam spektrum optik matahari. Ia kemudian mengukur panjang gelombang dari garis-garis tersebut. Total, Fraunhofer berhasil memetakan kurang lebih 570 garis dengan masing-masing panjang gelombang.Temuan ini kemudian dikenal sebagai Garis Fraunhofer.

Dari temuan tersebut kemudian Gustav Kirchhoff dan Robert Bunsen berhasil menyimpulkan bahwa garis-garis hitam dalam spektrum optik matahari berhubungan dengan elemen kimia. Garis-garis hitam tersebut disebabkan adanya penyerapan elemen kimia yang ada di lapisan paling atas matahari.

Temuan-temuan tersebut adalah dasar dari penemuan spektrometer. Pada tahun 1905 akhirnya ditemukan sebuah alat untuk melihat spektrum. Wujudnya menyerupai tabung dan memecah cahaya menjadi spektrum optik dengan gesekan difraksi. Alat inilah yang kemudian dikenal sebagai spektrometer sederhana.

Prinsip spektrometer

Prinsip kerja dari spektrometer adalah prinsip dispersi cahaya. Dispersi cahaya adalah kondisi saat sebuah cahaya putih terurai menjadi spektrum warna. Untuk memunculkan dispersi cahaya ini biasanya digunakan cermin prisma.

Dalam spektrometer, dispersi cahaya juga dimunculkan dengan cermin prisma.Namun beberapa spektrometer model baru menggunakan grating (cermin dengan ribuan alur sejajar pada permukaannya) sebagai ganti cermin prisma. Cermin prisma ini kemudian dilingkupi wadah khusus untuk mencegah cahaya bocor keluar.

Cahaya putih kemudian ditembakkan dari sumber cahaya menuju lensa kolimator. Adanya lensa kolimator ini akan menyebabkan cahaya menjadi sejajar. Dari situ cahaya kemudian diteruskan menuju cermin prisma. Cahaya yang melalui cermin prisma akan terurai menjadi spektrum optik. Dalam satu waktu, hanya akan ada satu warna cahaya yang muncul pada celah keluar alat, Untuk memunculkan warna lain, cermin prisma harus diputar terlebih dahulu.

Dari situ kemudian dapat diukur panjang gelombang serta kecepatan gelombang cahaya. Dispersi cahaya yang terjadi pada prisma memang menghasilkan kecepatan gelombang cahaya yang berbeda-beda karena panjang gelombang setiap warna dalam spektrum pun berbeda.

Cara kerja spektrometer

Cara kerja spektrometer sebenarnya sangat sederhana. Alat ini menembakkan cahaya putih yang kemudian diuraikan menjadi spektrum cahaya melalui cermin prisma.Untuk menggunakan spektrometer modern pun sangat mudah karena keseluruhan prosesnya bisa dibilang otomatis. Berikut ini langkah-langkah menggunakan spektrometer.

1. Memastikan sumber cahaya bisa berfungsi dengan baik. Anda bisa menggunakan lampu natrium sebagai sumber cahaya.

2. Arahkan spektrometer tepat di hadapan sumber cahaya. Tujuannya adalah supaya cahaya bisa langsung menuju lensa kolimator.

3. Kalibrasikan spektrometer terlebih dahulu. Catat sudut mula-mula saat bagian teleskop dan lensa kolimator berada di sumbu yang sama.

4. Letakkan cemin prisma yang akan diukur indeks biasnya.

5. Atur teleskop hingga tampak garis-garis spektrum pada setiap panjang gelombang.

6. Geser teleskop hingga benang silang saling berhimpitan dengan garis-garis spektrum.

7. Catat sudut dispersi yang muncul saat spektrum cahaya telah terlihat jelas.

8. Hitung indeks bias cermin prisma berikut panjang gelombangnya.

Bagian-bagian pada spektrometer

Gambar 2: Bagian - Bagian Spektrometer (Source: andarupm)

Spektrometer adalah sebuah alat optik yang tersusun atas beberapa bagian.Bagian-bagian tersebut kemudian disusun sedemikian rupa agar spektrometer bukan hanya dapat menghasilkan spektrum cahaya tetapi juga bisa menghitung indeks bias. Berikut ini beberapa bagian dari spektrometer:

1. Lensa kolimator

Bagian pertama dari spektrometer adalah lensa kolimator.Letaknya tepat berada di sebelah celah untuk masuknya cahaya.Lensa kolimator ini berbentuk tabung dengan lensa akromatik di bagian akhirnya (mengarah ke prisma).Selain itu, lensa kolimator juga dilengkapi dengan sekrup pengatur untuk mengatur jumlah cahaya yang masuk.

Fungsi utama dari lensa kolimator adalah agar cahaya putih yang masuk bisa menjadi sejajar sehingga saat ditembakkan ke arah prisma dapat terjadi dispersi cahaya.Selain itu, lensa kolimator juga berfungsi mencegah cahaya putih terpencar atau bocor keluar sebelum ditembakkan ke arah cermin prisma dalam spektrometer.

2. Teleskop

Teleskop adalah alat optik yang sangat umum ditemukan di laboratorium. Alat optik yang satu ini ternyata juga bisa ditemukan pada sebuah spektrometer. Pada sebuah spektrometer, teleskop berfungsi sebagai alat untuk melihat spektrum cahaya yang muncul setelah cahaya ditembakkan melewati cermin prisma. Di samping itu, teleskop juga mampu menunjukkan besarnya sudut yang dihasilkan dari dispersi cahaya melalui prisma.

Dalam spektrometer, teleskop tersusun atas lensa okuler dan lensa objektif. Untuk mengatur posisi kedua lensa ini terdapat sekrup khusus yang dapat diputar sesuai keperluan.

3. Meja spektrometer

Bagian ketiga dari sebuah spektrometer adalah meja spektrometer. Meja spektrometer berfungsi sebagai wadah penampung prisma. Bagian ini dapat diatur ketinggiannya dengan menggunakan sekrup khusus yang dapat dilonggarkan atau dieratkan sesuai dengan keperluan. Pastikan meja spektrometer dalam posisi sejajar dan datar sebelum meletakkan prisma.

4. Skala utama dan skala nonius

Bagian terakhir pada spektrometer adalah skala utama dan skala nonius. Letaknya tepat berada di bawah meja spektrometer. Skala utama dan skala nonius berbentuk menyerupai piringan datar. Apa fungsi dari kedua skala ini? Skala utama menunjukkan besarnya sudut yang dihasilkan dari dispersi cahaya. Terdapat 360 skala pada skala utama ini untuk menunjukkan sudut lingkaran penuh.

Skala kedua bernama skala nonius. Skala nonius terdiri atas beberapa skala yang ukurannya lebih kecil dari skala utama. Jumlahnya tidak tetap, mengikuti tingkat ketelitian spektrometer. Semakin kecil tingkat ketelitian spektrometer, maka semakin banyak skala noniusnya dan semakin kecil pula jarak antara satu skala dengan skala lainnya.

Credits: https://ibs.co.id/