Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana para ilmuwan dapat menentukan konsentrasi zat dalam sebuah larutan berwarna dengan akurasi tinggi? Dari mengukur kadar gula dalam darah hingga menganalisis polutan dalam air, kemampuan ini sangat krusial dalam dunia sains. Di balik analisis-analisis penting ini, ada satu alat andal yang bekerja secara presisi, yaitu spektrofotometer. Memahami cara kerja spektrofotometer mungkin terdengar rumit, namun pada dasarnya prinsipnya sangat logis. Artikel ini akan membedah proses tersebut menjadi 5 langkah sederhana agar mudah dipahami oleh siapa saja.
5 Langkah Mudah Cara Kerja Spektrofotometer
Secara fundamental, spektrofotometri adalah metode analisis yang didasarkan pada interaksi antara cahaya (radiasi elektromagnetik) dan materi (larutan sampel). Alat ini mengukur seberapa banyak cahaya yang diserap atau dilewatkan oleh sampel pada panjang gelombang tertentu. Berikut adalah tahapan prosesnya dari awal hingga akhir.
Langkah 1: Sumber Cahaya Menghasilkan Sinar Polikromatik
Segala sesuatu dimulai dari sumber cahaya. Di dalam spektrofotometer, terdapat lampu khusus yang berfungsi sebagai sumber energi. Umumnya, spektrofotometer UV-Vis menggunakan dua jenis lampu: lampu deuterium untuk rentang sinar ultraviolet (UV) dan lampu tungsten untuk rentang sinar tampak (visible). Cahaya yang dipancarkan dari lampu ini pada awalnya masih bersifat polikromatik, artinya terdiri dari campuran berbagai macam panjang gelombang, seperti cahaya putih yang sebenarnya adalah gabungan dari semua warna pelangi.
Langkah 2: Monokromator Memilih Panjang Gelombang (Sinar Monokromatik)
Cahaya polikromatik yang “ramai” tadi tidak bisa langsung digunakan. Untuk analisis yang spesifik, kita hanya butuh satu jenis panjang gelombang saja. Di sinilah monokromator berperan sebagai “penyeleksi”. Komponen ini, yang bisa berupa prisma atau grating (kisi difraksi), akan memecah cahaya polikromatik menjadi spektrum warna individual. Kemudian, melalui sebuah celah sempit, hanya satu panjang gelombang yang telah ditentukan (misalnya, 540 nm untuk larutan berwarna merah) yang diizinkan lewat. Cahaya yang telah terseleksi inilah yang disebut sinar monokromatik. Langkah ini krusial karena setiap zat memiliki kemampuan penyerapan cahaya maksimal pada panjang gelombang yang unik.
Langkah 3: Cahaya Melewati Sampel di Dalam Kuvet
Sinar monokromatik yang sudah fokus kini diarahkan untuk melewati sebuah wadah kecil berisi larutan sampel yang disebut kuvet. Kuvet dirancang khusus dari bahan yang transparan seperti kaca atau kuarsa agar tidak ikut menyerap cahaya pada panjang gelombang yang digunakan. Saat cahaya melewati larutan, molekul-molekul zat terlarut di dalamnya akan berinteraksi dengan energi cahaya. Sebagian energi cahaya akan diserap oleh molekul tersebut (absorbansi), dan sisa cahaya yang tidak terserap akan diteruskan atau dilewatkan (transmitansi).
Langkah 4 Cara Kerja Spektrofotometer: Detektor Menangkap Intensitas Cahaya
Setelah melewati sampel, sisa cahaya yang berhasil diteruskan akan ditangkap oleh sebuah komponen elektronik sensitif yang disebut detektor. Fungsi spektrofotometer yang paling inti terjadi di sini: detektor akan mengukur intensitas cahaya yang sampai kepadanya (
) dan membandingkannya dengan intensitas cahaya awal sebelum melewati sampel (
). Semakin pekat konsentrasi larutan, semakin banyak cahaya yang diserap, dan akibatnya semakin sedikit cahaya yang sampai ke detektor.
Langkah 5 Cara Kerja Spektrofotometer: Sinyal Diolah Menjadi Data yang Bisa Dibaca
Perbedaan intensitas cahaya yang dideteksi tadi masih berupa sinyal analog. Sistem elektronik di dalam spektrofotometer kemudian mengubah sinyal ini menjadi data digital yang dapat ditampilkan di layar. Hasil pengukuran ini biasanya disajikan dalam dua bentuk utama:
- Transmitansi (%T): Persentase cahaya yang berhasil melewati sampel.
- Absorbansi (A): Jumlah cahaya yang diserap oleh sampel. Nilai absorbansi tidak memiliki satuan.
Dalam analisis kuantitatif, nilai absorbansi inilah yang menjadi fokus utama karena nilainya berbanding lurus dengan konsentrasi zat, sesuai dengan prinsip yang akan kita bahas di bawah.
Prinsip Ilmiah di Balik Cara Kerja Spektrofotometer: Hukum Lambert-Beer
Seluruh prinsip spektrofotometri didasarkan pada sebuah hukum fundamental yang disebut Hukum Lambert-Beer. Secara konseptual, hukum ini menyatakan bahwa jumlah radiasi cahaya yang diserap oleh suatu zat berbanding lurus dengan konsentrasi zat tersebut dan tebal larutan (lebar kuvet) yang dilewati cahaya. Sederhananya: “Semakin pekat larutan, semakin gelap warnanya, dan semakin banyak cahaya yang diserap.”
Hubungan ini dirumuskan secara matematis sebagai:
Di mana:
- A adalah Absorbansi (nilai yang kita ukur).
- ϵ (epsilon) adalah absorptivitas molar, sebuah konstanta yang unik untuk setiap zat pada panjang gelombang tertentu.
- b adalah lebar atau tebal kuvet yang dilewati cahaya (biasanya 1 cm).
- c adalah konsentrasi zat dalam larutan.
Dengan mengetahui nilai absorbansi dari sampel, kita dapat secara akurat menghitung konsentrasinya.
Penutup
Secara ringkas, cara kerja spektrofotometer dapat disimpulkan dalam lima tahap: pembangkitan cahaya, pemilihan panjang gelombang, interaksi cahaya dengan sampel, deteksi sisa cahaya, dan pengolahan sinyal menjadi data. Dari laboratorium pendidikan hingga pusat riset dan industri farmasi, alat canggih ini memainkan peran tak tergantikan dalam analisis kuantitatif. Memahami dasar-dasar operasionalnya adalah langkah fundamental bagi setiap mahasiswa, peneliti, atau praktisi laboratorium untuk dapat memanfaatkan teknologi ini secara maksimal dan menghasilkan data yang akurat serta tepercaya.
🔗 Lihat artikel lainnya yang menarik : klik di sini