TUGAS INDIVIDU

MATA KULIAH : SPEKTROSKOPI

DOSEN PENGAMPU : Dr. PRIYONO, M.Si

OLEH:

NAMA : MUHAMAD AKROM

NIM : 24040111400010

MAGISTER ILMU FISIKA

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2012

1. Spektroskopi Molekuler dan Spektroskopi Atomik.

Spektroskopi molekuler adalah teknik yang digunakan untuk mengidentifikasi senyawa

organik dan anorganik dalam spesi molekular. Spektroskopi molekuler berdasarkan atas

radiasi ultraviolet, sinar tampak, dan infrared. Banyak digunakan untuk identifikasi dari

banyak spesi organik, anorganik, maupun biokimia.

Spektroskopi atomik adalah teknik yang digunakan untuk mengidentifikasi unsur organik

dan anorganik dalam spesi atom. Spektroskopi atomik digunakan untuk penentuan kualitatif

dan kuantitatif dari sekitar 70 elemen. Ciri khas spektroskopi atomik adalah sampel harus

diatomkan terlebih dahulu.

Perbedaan diantara keduanya:

Spektroskopi Molekuler Spektroskopi Atomik

Spesi: molekul Spesi: atom

Metode: Spektroskopi UV/visible,

Spektroskopi inframerah, Spektroskopi

NMR, Spektroskopi Massa.

Metode: flame AAS, flame AFS, flame

AES, elektrotermal AAS, elektrotermal

AFS.

Suhu rendah Suhu tinggi

Fase padat, gas, cair Fase gas

Terdapat getaran elektronik dan

vibrasional

Hanya ada getaran elektronik

2. Terjadinya Sinar-X (Bremstrahlung dan Karakteristik).

Sinar X terjadi bila elektron yang bergerak dengan kecepatan tinggi tiba-tiba terhenti karena

menubruk suatu bahan misalnya suatu plat logam. Sebagai sumber elektron adalah filamen

yang dipanaskan dan plat logam adalah anodanya. Elektron-elektron yang terjadi pada

pemanasan filamen dipercepat dengan menggunakan tegangan tinggi antara filamen dan

anoda. Pada peristiwa terjadinya tumbukan (tak lenting sempurna) antara elektron dengan

atom anoda (target) akan terjadi dua hal sebagai berikut:

Terjadi radiasi yang dikenal dengan “bremstrahlung” yaitu elektron yang mendekati atom

targed (anoda) akan berinteraksi dengan atom bahan anoda, tepatnya dengan elektron luar

atom tersebut. Ia mengalami perlambatan sehingga mengeluarkan radiasi. Radiasi ini

memiliki aneka ragam panjang gelombang, oleh karena itu proses bremstrahlung dapat

dialami elektron berulang kali, sehingga spektrum radiasi ini bersifat kontinyu.

Sebagian kecil elektron-elektron yang dipercepat itu akan menubruk elektron pada kulit atom,

akibatnya elektron pada kulit atom itu akan terpental sehingga tempat tersebut kosong.

Kekosongan ini segera diisi oleh elektron dari kulit bagian atasnya disertai dengan

pemancaran photon. Photon yang dihasilkan dengan dengan cara ini disebut sinar-x

karakteristik.

3. Prinsip dan Kegunaan Sinar-X.

Bidang Kedokteran dan Kesehatan.

Pasien dengan sistem kekebalan tubuh yang membutuhkan transfusi darah dapat

menghasilkan masalah berat jika mereka terkena antibodi asing dan bakteri dari darah

donor. Solusi masalah ini, mengekspos darah yang disumbangkan dengan radiasi,

untuk membunuh antibodi yang tidak diinginkan sambil menjaga sel-sel darah merah

tetap utuh. Proses yang sama juga memperpanjang umur beberapa makanan favorit

Anda. Biasanya makanan disterilkan dengan panas (pasteurisasi) untuk membunuh

bakteri atau didinginkan untuk memperlambat pembusukan.

Dengan mengirimkan bahan radioaktif ke seluruh tubuh, dokter dapat melihat radiasi

yang keluar dan menentukan segala macam hal yang penting seperti mengenai fungsi

organ, aliran darah, dan bahkan mendeteksi kanker tertentu.

Dengan mengekspos bibit dengan dosis radiasi, menyebabkan mutasi genetik dalam

biji yang dapat membantu petani mengembangkan sifat-sifat tanaman bermanfaat

seperti kekebalan terhadap serangga dan pestisida.

Bidang Industri.

Menghilangkan emisi dari cerobong asap dengan radiasi berkas elektron.

Mencegah hujan asam dan menghilangkan bahan kimia seperti belerang dioksida dari

asap sebelum mereka pergi ke udara dan mencemarinya.

Memeriksa cacat pada pengelasan, kadar cairan dalam sistem tertutup, atau ingin

membuat pengukuran yang akurat, pengukuran fisik kecil.

Mendeteksi unsur bahan peledak, dan memastikan suatu tempat aman.

Mendeteksi sisa-sisa bahan peledak dan narkotika.

Mendeteksi keretakan pada struktur plastik dan getah.

Mendetreksi kebocoran pipa gas.

Rekayasa Material.

Menyelidiki struktur dan jarak antar atom-atom pemisah pada suatu bahan.

Mengetahui perkiraan umur benda seperti tulang dinosaurus dan manusia purba.

4. Spektroskopi-X dan Spektroskopi Gamma, serta Interkasinya Dengan Materi.

Sinar gamma sebenarnya hampir sama dengan sinar-x, hanya saja sinar-x lebih lemah.

Spektroskopi gamma merupakan suatu metode untuk pengukuran sumber radioaktif

pemancar sinar gamma, baik secara kualitatif maupun kuantitatif dengan menganalisis

spectrum gamma yang dihasilkan. Sinar gamma adalah radiasi gelombang elektromagnetik

dengan panjang gelombang yang sangat pendek yang dipancarkan oleh inti atom yang tidak

stabil yang bersifat radioaktif. Setelah peristiwa tangkapan elektron, inti yang masih dalam

keadaan tereksitasi tersebut akan turun ke keadaan dasarnya dengan memancarkan radiasi

gamma.

Spektroskopi-X terjadi jika sinar-X atau elektron bergerak dengan kecepatan tinggi dari

suatu atom, maka energinya dapat diserap atom. Jika energy tersebut cukup untuk memebuat

electron keluar dari slaah satu kulit atom yang terluar, sehingga atom terionisasi, electron dari

kulit yang lebih tinggi akan menempati posisi yang ditinggalkan oleh electron di kulit dalam.

Interaksi dengan materi.

Ada tiga mekanisme bagaimana gamma dan sinar-x berinteraksi dengan materi, yaitu efek

fotolistrik, hambran Compton dan produksi pasangan. Ketika foton mengenai suatu bahan

maka hal yang kemungkinan terjadi adalah foton diloloskan tanpa berinteraksi dengan bahan

atau bisa juga foton mengalami beberapa interaksi seperti :

Foton bisa saja seluruhnya diserap oleh bahan (absorpsi fotoelektrik ) atau,

Foton bisa saja dihamburkan tanpa diserap (classical scatter) atau,

Foton bisa saja sebagian diserap dan sebagian lagi dihamburkan (hamburan Compton)

atau,

Foton dihamburkan dan sebagian atau seluruhnya diserap (pair production).

5. Detektor Radiasi.

a. Detektor Gas Jenis Tabung Ionik.

Keuntungan. Dapat membedakan energi yang memasukinya dan tegangan kerja yang

dibutuhkan tidak terlalu tinggi. 

Kerugian. Jumlah ion yang dihasilkan relatif sedikit sehingga tinggi pulsanya (bila

menerapkan pengukuran model pulsa) sangat rendah. Oleh karena itu, biasanya,

pengukuran yang menggunakan detektor ionisasi menerapkan cara arus. Bila akan

menggunakan detektor ini dengan cara pulsa maka dibutuhkan penguat pulsa yang sangat

baik.

b. Detektor Gas Jenis Proporsional.

Keuntungan. Dibandingkan dengan Detektor Tabung Ionik, jumlah ion yang dihasilkan

lebih banyak sehingga tinggi pulsanya akan lebih tinggi. Detektor ini lebih sering

digunakan untuk pengukuran dengan cara pulsa. Jumlah ion yang dihasilkan sebanding

dengan energi radiasi, sehingga detektor ini dapat membedakan energi radiasi.

Kerugian. Jumlah ion atau tinggi pulsa yang dihasilkan sangat dipengaruhi oleh tegangan

kerja dan daya tegangan untuk detektor ini harus sangat stabil. 

c. Detektor Gas Jenis Geiger Muller.

Keuntungan. Jumlah ion yang dihasilkan di daerah ini sangat banyak, mencapai nilai

saturasinya, sehingga pulsanya relatif tinggi dan tidak memerlukan penguat pulsa lagi.

Detektor ini merupakan detektor yang paling sering digunakan, karena dari segi elektonik

sangat sederhana, tidak perlu menggunakan rangkaian penguat. Sebagian besar peralatan

ukur proteksi radiasi, yang harus bersifat portabel, terbuat dari detektor Geiger Mueller.

Kerugian. Tidak dapat membedakan energi radiasi yang memasukinya, karena berapapun

energinya jumlah ion yang dihasilkannya sama dengan nilai saturasinya.

d. Deterktor Sintilasi.

Detektor sintilasi selalu terdiri dari dua bagian yaitu bahan sintilator dan photomultiplier.

Bahan sintilator merupakan suatu bahan  padat, cair maupun gas, yang akan menghasilkan

percikan cahaya bila dikenai radiasi pengion. Photomultiplier digunakan untuk mengubah

percikan cahaya yang dihasilkan bahan sintilator menjadi pulsa listrik. 

e. Detektor Semikonduktor.

Bahan semikonduktor, yang diketemukan relatif lebih baru daripada dua jenis detektor di

atas, terbuat dari unsur golongan IV pada tabel periodik yaitu silikon atau germanium.

Keuntungan. Lebih efisien dibandingkan dengan detektor isian gas, karena terbuat dari

zat padat, serta mempunyai resolusi yang lebih baik daripada detektor sintilasi. Pada

dasarnya, bahan isolator dan bahan semikonduktor tidak dapat meneruskan arus listrik.

Hal ini disebabkan semua elektronnya  berada di pita valensi sedangkan di pita konduksi

kosong.

Kelemahan. Harganya lebih mahal, pemakaiannya harus sangat hati-hati karena mudah

rusak dan beberapa jenis detektor semikonduktor harus didinginkan pada temperatur

Nitrogen cair sehingga memerlukan dewar yang berukuran cukup besar.

Secara spesifik dapat dilihat pada tabel kelebihan dan kekurangan dari masing-masing

detektor.

SpesifikasiJenis Detektor

Efisiensi Kurang Bagus CukupKecepatan Kurang Bagus CukupResolusi Kurang Cukup BagusKonstruksi Bagus Cukup Kurang

6. Resolusi dan Efisiensi Deteksi.

Resolusi energi adalah suatu parameter yang menunjukkan kemampuan sistem spektroskopi

untuk membedakan dua tingkat energi yang berdekatan. Nilai ini direpresentasikan sebagai

nilai FWHM (full width at half maximum), yaitu lebar ‘peak’ energi pada setengah tinggi

puncaknya. Sistem spektroskopi yang mempunyai nilai FWHM sangat kecil disebut sebagai

sistem spektroskopi resolusi tinggi sedangkan sebaliknya adalah sistem resolusi rendah.

Efisiensi adalah suatu parameter yang sangat penting dalam pencacahan karena nilai inilah

yang menunjukkan perbandingan antara jumlah pulsa listrik yang dihasilkan sistem pencacah

(cacahan) terhadap radiasi yang diterima detektor.

Waktu Mati. Proses pengubahan sebuah radiasi menjadi pulsa listrik dan akhirnya tercatat

sebagai sebuah cacahan memerlukan selang waktu tertentu yang sangat dipengaruhi oleh

kecepatan detektor dan peralatan penunjangnya. Selang waktu tersebut dinamakan sebagai

waktu mati (dead time) dari sistem pencacah karena selama selang waktu tersebut sistem

pencacah tidak dapat mendeteksi radiasi yang datang. Dengan kata lain, radiasi yang datang

berurutan dengan selang waktu yang lebih singkat daripada waktu matinya tidak dapat

dicacah atau tidak terhitung oleh sistem pencacah. Karena intensitas radiasi yang dipancarkan

oleh suatu sumber bersifat acak (random) maka terdapat kemungkinan bahwa beberapa

radiasi yang mengenai detektor tidak tercatat, semakin tinggi intensitasnya (laju cacahnya)

semakin banyak radiasi yang tidak tercatat sehingga hasil pengukuran sistem pencacah lebih

sedikit dari seharusnya.