Dokumen tersebut membahas tentang spektroskopi Raman. Metode ini melibatkan penerapan laser monokromatik pada sampel dan mendeteksi cahaya yang tersebar. Sebagian besar cahaya memiliki frekuensi yang sama dengan laser (Rayleigh scattering), sementara sebagian kecil mengalami perubahan frekuensi akibat interaksi dengan vibrasi molekul (Raman scattering). Intensitas Raman hanya 0,001% dari intensitas laser, tetapi dengan laser, sinyal Raman menjadi

1. Kelas Eksekutif- B1
Tugas Kelompok Kimia Analitik Lanjut
SPEKTROSKOPI RAMAN
DI SUSUN OLEH :
KELOMPOK 4
Fitri Ningsih Hutapea
Ikhwani
Ririys Panjaitan
Dosen Pembimbing:
Dr. Ajat Sudrajat, M.Si
PROGRAM STUDI MAGISTER PENDIDIKAN KIMIA
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS NEGERI MEDAN
MEDAN
2014

2. KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
i

3. Halaman
KATA PENGANTAR................................................................................ i
DAFTAR ISI............................................................................................... ii
BAB I PENDAHULUAN..................................................................... 1
BAB II PEMBAHASAN........................................................................ 3
2.1. Spektroskopi Emisi Berdasarkan Sumber Plasma.......................... 6
2.1.1 Sumber Inductive Couple Plasma (ICP)........................ 8
2.1.2 Sumber Direct Current Plasma (DCP)...........................
17
2.1.3 Spektrometer Sumber Plasma.......................................
18
2.1.4 Aplikasi Sumber Plasma.................................................
21
2.2. Spektroskopi Emisi Berdasarkan Sumber Arc dan Spark...............
25
2.2.1 Jenis Sampel dan Penanganan Sampel.........................
25
2.2.2 Instrumen Spektroskopi Sumber Arc & Spark.............
26
2.2.3 Spektroskopi Emisi Sumber Busur (Arc)......................
27
2.2.4 Spektroskopi Emisi Sumber Percikan (Spark).............
27
2.3. Sumber Lain untuk Spektroskopi Emisi Optik................................
28
2.3.1 Sumber Emisi Nyala........................................................
28
2.3.2 Sumber Emisi Cahaya Debit (glow discharge)..............
28
2.3.3 Sumber Emisi Microprobe..............................................
29
BAB III PENUTUP.................................................................................
30

4. DAFTAR PUSTAKA.................................................................................
31
BAB I
PENDAHULUAN
Spektroskopi merupakan cabang ilmu yang berhubungan dengan gelombang
elektromagnetik yang diterjemahkan ke dalam komponen-komponen panjang gelombang
untuk menghasilkan spektra, merupakan plot beberapa fungsi dari intensitas radian versus
panjang gelombang atau frekuensi. Peran Spektroskopi yaitu untuk membedakan struktur
molekular, mengindentifikasi molekul yang tidak diketahui, mendeteksi molekul yang sudah
diketahui, dan mengukur konsentrasi.
Adapun Jenis Spektrofotometri yaitu spektrofotometri Raman. Raman spektroskopi
memberikan informasi tentang getaran molekul yang dapat digunakan untuk identifikasi
sampel dan kuantisasi. Teknik ini melibatkan bersinar sumber cahaya monokromatik (yaitu
laser) pada sampel dan mendeteksi cahaya yang tersebar. Sebagian besar cahaya yang
tersebar adalah frekuensi yang sama sebagai sumber eksitasi; ini dikenal sebagai Rayleigh
atau hamburan elastis. Sebuah jumlah yang sangat kecil dari cahaya yang tersebar (ca. 10-5%
dari intensitas cahaya insiden) dialihkan dalam energi dari frekuensi laser yang disebabkan
interaksi antara insiden gelombang elektromagnetik dan tingkat energi getaran dari molekul
dalam sampel. Merencanakan intensitas ini "bergeser" terang dibandingkan hasil frekuensi di
spektrum Raman sampel. Umumnya, spektrum Raman diplot terhadap frekuensi laser yang
sedemikian rupa sehingga band Rayleigh terletak pada 0 cm-1
. Pada skala ini, posisi pita akan
berbohong pada frekuensi yang sesuai dengan tingkat energi getaran kelompok yang berbeda
ii

5. fungsional. Spektrum Raman dengan demikian dapat ditafsirkan mirip dengan spektrum
penyerapan inframerah.
Interaksi radiasi dengan material merupakan fundamental dari spektroskopi.
Interaksi Radiasi Elektro Magnetik (REM) dengan atom atau molekul yang berada dalam
material akan menyebabkan peristiwa hamburan (dekomposisi) oleh atom atau molekul
tersebut menjadi sekumpulan atau berkas sinya-sinyal fundamentalnya (sinyal-sinyal
harmoniknya). Dekomposisi radiasi oleh atom atau molekul tersebut menuju ke segala arah
dengan panjang gelombang dan intensitas yang dipengaruhi ukuran partikel molekul. Apabila
media transparan tersebut mengandung hanya partikel dengan ukuran dimensi atom
(permukaan 0,01 A2
) maka akan terjadi dekomposisi radiasi dengan intensitas yang sangat
lemah. Radiasi dekomposisi tersebut tidak tampak oleh karena panjang gelombangnya adalah
pada daerah ultraviolet. Radiasi hamburan tersebut dikenal dengan hamburan Rayleigh.
Demikian pula yang tejadi pada molekul-molekul dengan diameter yang besar atau
teragregasi sebagai contoh molekul suspensi atau koloida. Hamburan pada larutan suspensi
dan sistem koloida panjang gelombangnya mendekati ukuran partikel molekul suspensi atau
sistem koloid tersebut. Radiasi hamburan rersebut dikenal sebagai hamburan Tyndal atau
hamburan mie yang melahirkan metode turbidimetri.
Suatu penelitian yang sulit dengan hasil temuan yang sangat berarti, dalam ilmu fisika
telah dilakukan oleh Chandra Venkrama Raman seorang ahli fisika berkebangsaan India,
pada tahun 1928. Menurut temuan Raman tampak gejala pada molekul dengan struktur
tertentu apabila dikenakan radiasi infra merah dekat atau radiasi sinar tampak, akan
memberikan sebagian kecil hamburan yang tidak sama dengan radiasi semula. Hamburan
yang berbeda dengan radiasi semula (sumber radiasi) tersebut berbeda dalam hal panjang
gelombang, frekuensi serta intensitasnya dikenal sebagai "feeble fluorescence" atau
hamburan Raman. Hamburan Raman tersebut memberikan garis Raman dengan intensitas
tidak lebih dari 0,001% dari garis spektra sumber radiasinya

6. BAB II
PEMBAHASAN
Efek Raman ini sangat lemah dan menjadi kenyataan setelah ditemukan teknik laser
40 tahun kemudian. Cahaya sinar laser tidak sama dengan cahaya yang datang dari matahari
atau dari bola lampu, karena cahaya laser seluruhnya mempunyai satu panjang gelombang.
Oleh karena itu, jika cahaya mengenai objek, seluruh cahaya akan di hamburkan balik oleh
objek tersebut, dimana panjang gelombang cahaya yang datang sama dengan yang
dipancarkan balik. Tidak hanya itu saja, gelombang cahayanya berjajar rapih dengan arah
yang sama (polarisasi). Dengan demikian laser dapat meletakkan banyak foton pada spot
yang kecil. Ada banyak foton yang menumbuk sampel, satu dalam sejuta, meningkatkan
sinyal sehingga menjadi cukup kuat untuk dideteksi. Karena seluruh foton mempunyai
panjang gelombang yang sama, maka semua akan berinteraksi dengan cara yang sama pada
molekul yang jenisnya sama, sehingga memperkuat efek yang terjadi
Sejak ditemukannya efek Raman pada tahun 1982, spektroskopi Raman banyak
digunakan sebagai solusi dari berbagai kebutuhan teknologi, terutama dalam industri
laboratorium. Spektroskopi Raman merupakan teknik spektroskopi yang berdasarkan pada
hamburan inelastik dari cahaya monokromatik yang biasanya berasal dari sinar laser sehingga
mengakibatkan deformasi molekular oleh medan listrik E yang ditentukan dengan
kemampuan polarisasi molekular α. Efek Raman merupakan frekuensi dari foton yang

7. dipancarkan ulang dapat dinaikkan maupun diturunkan terhadap frekuensi asli cahaya
monokromatik. Perubahan ini memberikan informasi tentang getaran, rotasi, dan transisi
frekuensi rendah yang lain pada molekul. Spektroskopi Raman dapat digunakan untuk
mempelajari material padat, cair, dan gas.
Penggunaan efek Raman untuk analisis mula-mula tidak mendapat perhatian sampai
ditemukannya sinar Laser. Laser adalah sumber sinar yang sangat monokromatis, panjang
gelombangnya terletak di daerah visible light dan IR. Sejak digunakannya berkas sinar laser
untuk menimbulkan efek Raman. spektroskopi Raman memegang peranan yang tidak kalah
pentingnya denganspektrofotometri IR dalam berbagai analisis, antara lain:
1. penetapan struktur senyawa organik maupun anorganik
2. analisis kualitatif cuplikan berkomponen banyak
3. analisis kuantitatif komponen renik dalam suatu cuplikan.
Selanjutnya akan ditinjau kaitan antara hamburan Raman dengan perubahan energy
vibrasi.
2.1. Sifat spektrum Raman
Spektrum Raman diperoleh dengan cara menyinari suatu cuplikan dengan sinar
monokromatik berintensitas tinggi kemudian memeriksa spektrum panjang gelombang sinar
yang dihamburkan pada sudut 90° terhadap arah sumber sinar. Pada antaraksi antara sinar
monokromatis dengan cuplikan tidak terjadi penyerapan sinar oleh cuplikan tetapi berkas
sinar monokromatik itu dihamburkan oleh molekul cuplikan. Sinar hamburan terutama
memiliki panjang gelombang sama dengan panjang gelombang sinar monokromatik yang

8. digunakan untuk menyinari cuplikan. Panjang gelombang ini disebut panjang gelombang
Rayleigh.
Akan tetapi, bila spektrum sinar hamburan itu diperiksa dengan seksama ternyata di
samping garis spektrum yang menyatakan besar panjang gelombang Rayleigh terdapat pula
garis spektrum dengan panjang gelombang berbeda. Sebagian dari garis spektrum lain ini
memiliki panjang gelombang yang jauh lebih besar (bilangan gelombangnya lebih kecil) dari
panjang gelombang Rayleigh. Garis-garis spektrum ini disebut garis Stokes. Sedangkan garis-
garis spectrum dengan panjang gelombang lebih kecil (bilangan gelombang lebih besar)
dibandingkan panjang gelombang Rayleigh disebut garis anti-Stokes. Garis anti-Stokes
memiliki intensitas yang lebih kecil daripada garis Stokes. Oleh karena itu, untuk keperluan
analisis yang diukur adalah intensitas garis Stokes.
Secara keseluruhan, intensitas garis-garis Raman (baik Stokes maupun anti- Stokes) hanya
0.01% dari intensitas sinar monokromatik yang datang dari sumber. Hal ini menyebabkan
deteksinya menjadi sukar.
Untuk lebih jelas, pada Gambar 4.4 diberikan spektrum Raman dari CCl4. Spektrum
tsb diperoleh bila cairan murni CCl4 disinari lampu busur Hg (arc mercury lamp) yang
intensitas pancarannya tinggi. Lampu ini memancarkan beberapa panjang gelombang, antara
lain 404.7 nm dan 435.8 nm. Kedua panjang gelombang pancaran Hg ini menghasilkan dua
garis pada spectrum pancaran Hg (Gambar 4.4a).
Gambar 4.4 (a) Spektrum pancaran lampu busur Hg dengan 2 garis Hg paling kuat
(b) Spektrum Raman dengan 2 garis Hg (garis Rayleigh) dan garis Raman Stokes
dan anti-Stokes
Kedua garis spektrum Hg itu muncul kembali pada spektrum Raman dari CC14 dengan
panjang gelombang masing-masing tidak berubah (Gambar 4.4b). Hal ini disebabkan oleh
peristiwa hamburan Rayleigh biasa. Di sebelah kanan masingmasing garis Hg yang kuat itu

9. terdapat kumpulan lima garis spektrum lain, yaitu garis-garis spektrum Raman. Dianggap
bahwa setiap kumpulan lima garis itu ditimbulkan oleh efek Raman yang terjadi dengan garis
Hg (=garis Rayleigh) yang paling berdekatan dengan masing-masing kumpulan. Masing-
masing panjang gelombang Hg itu bertindak sebagai sinar monokromatis yang menghasilkan
pergeseran garis Ramannya sendiri. Banyaknya pergeseran bilangan gelombang 1) identik
untuk kedua kelompok garis Raman. Misalnya untuk garis Hg 404.7 nm (24710 cm-1
) muncul
garis Raman yang lebih kecil 218 cm-1
bilangan gelombangnya, yaitu dengan bilangan
gelombang 24492 cm-1 (λ= 408.3 nm). Sedangkan pada garis Hg lainnya (435.8 nm, v =
22946 cm-1
) terjadi garis Raman dengan pergeseran bilangan gelombang yang sama yaitu
sebesar 218 cm-1
. Artinya terdapat spektrum dengan bilangan gelombang = (22946-218) cm-1
= 22728 cm-1
(λ= 440.0 nm). Spektrum ini merupakan garis Stokes. Di sebelah kiri garis
spektrum Hg 435.8 nm (22946 cm-1
terdapat kumpulan lima garis spektrum lain yang
bilangan gelombangnya > 22946 cm-1
. Kumpulan garis spektrum Raman ini merupakan garis
anti-Stokes. Masing-masing garis anti- Stokes ini memiliki pergeseran terhadap garis Hg (Δν)
sebesar 218, 324, 459, 702 dan 790. Di sebelah kiri garis spektrum Hg 404.7 nm ( 24710
cm -1
sebenarnya juga terdapat kumpulan garis anti-Stokes namun tidak tergambar. Spektrum
Raman yang terdiri dari garis-garis spektrum seperti pada Gambar 4.4b diperoleh dengan
bantuan spektrograf yang menggunakan prisma sebagai monokromator dan plat foto sebagai
detektor. Garis- garis spektrum Raman yang terjadi merupakan gambar bayangan celah
masuk/celah keluar pada plat foto, pada berbagai bilangan gelombang. Sekarang ini,
spektrometer Raman lebih banyak digunakan daripada spektrograf Raman. Pada spektrometer
Raman digunakan detektor photomultiplier tube dan alatnya dapat merekam spectrum
diperoleh dengan bantuan spektrometer Raman menggunakan sumber sinar Laser Helium-
Neon.
Pergeseran Raman (Raman shift) adalah selisih bilangan gelombang antaram garis
sumber sinar (garis Rayleigh) dengan garis Raman, diberi satuan cm-1. Skala pergeseran ini
sangat penting dalam spektroskopi Raman sebab skala panjang gelombang sama sekali tidak
digunakan. Oleh karena itu, pergeseran Raman dapat dikorelasikan dengan frekuensi vibrasi
molekul atau letak pita serapan IR. Sumbu vertikal pada spektrum Raman tidak dinyatakan
dengan angka banding seperti T (transmitans) melainkan dengan intensitas sinar hamburan
Raman (P). Hal ini cocok untuk keperluan analisis kualitatif maupun kuantitatif. Sebab
intensitas sinar hamburan Raman berbanding lurus dengan konsentrasi cuplikan yang
melakukan hamburan. Persoalannya ialah bahwa untuk mengukur intensitas yang relatif kecil

10. tetapi berdekatan dengan garis Rayleigh yang jauh lebih besar intensitasnya diperlukan
peralatan khusus.
Pergeseran garis Stokes dapat dihitung sebagai berikut:
Δν = νR - ν
dengan:
Δν = pergeseran Raman
νR = bilangan gelombang Rayleigh (sumber)
ν = bilangan gelombang puncak Raman
Puncak Raman tidak dinyatakan dengan λ ataupun ν, melainkan dengan Δν (cm-1
).
2.2 Proses terjadinya Hamburan Rayleigh
Gambar 4.5 Terjadinya peristiwa hamburan Rayleigh
Kalau sinar elektromagnetik (misalnya cahaya dengan intensitas tinggi) mengenai
partikel yang ukurannya lebih kecil daripada panjang gelombang sinar tersebut (misalnya
molekul, atom), maka partikel tersebut akan mengalami gangguan kuat yang disebabkan oleh
medan elektrik (dan medan magnet) yang berosilasi dari sinar yang lewat medan molekul itu.
Selama sinar elektromagnetik itu sedang melalui partikel maka partikel akan berada di dalam
medan listrik yang kuat, yang berasal dari luar dan yang polaritasnya (tandanya) berubah-
ubah secara berkala, dengan frekuensi = frekuensi sinar itu. Sekarang bila partikel dapat
dipolarisasikan (artinya, bila muatan + dan didalam partikel itu dapat dipisahkan satu sama
lain dibawah pengaruh medan), maka medan sinar listrik itu akan menginduksikan muatan +
dan muatan atau menginduksikan dwikutub, di dalam partikel tersebut. Muatan + dan muatan

11. - di dalam partikel itu akan berosilasi bila prioritas medan listrik sinar berubah-ubah. Gambar
4.5 di atas menunjukkan: partikel kecil tak bermuatan, yang ke dalamnya telah diinduksi
dwikutub yang berosilasi oleh gelombang elektromagnetik (=sinar) yang lewat. Dwikutub
yang diinduksikan ke dalam partikel tak bermuatan sekarang menghasilkan medan listriknya
sendiri, yang berosilasi dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi sinar yang datang.
Medan listrik yang dihasilkan oleh dwikutub yang berosilasi itu lalu akan bertindak sendiri
sebagai sumber cahaya. Sehingga sinar dengan frekuensi panjang gelombang yang sama
seperti sinar yang lewat dipancarkan ke semua jurusan oleh partikel tersebut, dengan
perkataan lain, sebagian dari intensitas sinar yang lewat itu oleh partikel tak bermuatan itu
dihamburkan oleh partikel itu.
Peristiwa hamburan disebut hamburan Rayleigh, yang khas untuk partikel kecil
seperti atom atau molekul. Intensitas sinar hamburan Rayleigh berbanding lurus dengan ν4 (ν
= frekuensi dari sinar yang lewat, atau masuk), atau berbanding terbalik dengan λ4:
Intensitas hamburan Rayleigh ~ ν4 ~4 λ1 Dari hubungan ini dapat diterangkan penyebab
langit berwarna biru. Yaitu karena sinar biru memiliki energi yang sangat besar (frekuensinya
besar) sehingga paling banyak dihamburkan oleh partikel-partikel di angkasa. Selain itu dapat
pula dinyatakan bahwa hamburan dapat terjadi bila sinar masuk memiliki panjang gelombang
kecil (berfrekuensi besar).
2.3 Hamburan Tyndall (Hamburan Mie)
Peristiwa hamburan yang dilakukan oleh partikel yang berukuran lebih besar daripada
ukuran molekul disebut hamburan Tyndall atau hamburan Mie. Sinar hamburan Mie ini,
seperti halnya hamburan Rayleigh, mempunyai frekuensi dan panjang gelombang yang sama
dengan sinar masuk. Perbedaan dengan hamburan Rayleigh adalah distribusi intensitas
menurut sudut arah pancaran dari sinar hamburan yang berasal dari partikel pada hamburan
Tyndall tidak sama. Malahan pada proses hamburan Tyndall ini, distribusi intensitas
hamburan menurut sudut arah pancaran dapat digunakan untuk menetapkan ukuran partikel
yang agak besar itu. Proses hamburan Tyndall atau hamburan Mie ini terjadi pada
turbidimetri dan nefelometri.
2.4 Terjadinya Hamburan Raman

12. Seperti yang telah diuraikan di atas, pada proses hamburan Rayleigh muatan + dan muatan -
di dalam molekul netral terpolarisasi (terpisah satu sama lain) oleh pengaruh medan listrik
yang berosilasi dari gelombang elektromagnetik atau sinar yang lewat. Akibat polarisasi
muatan di dalam molekul maka terinduksikan suatu dwikutub di dalam molekul, juga suatu
medan listrik, yang akan berosilasi dengan frekuensi sama dengan frekuensi gelombang
elektromagnetik yang lewat. Sehingga molekul tersebut berperan sebagai sumber sinar
dengan memancarkan sinar berfrekuensi sama dengan frekuensi gelombang elektromagnetik
yang lewat, ke segala arah. Dianggap bahwa polarisabilitas molekul tidak berubah, sehingga
frekuensi sinar yang dihamburkan ke segala arah dari molekul tersebut tetap sama dengan
frekuensi sinar semula. Polarisabilitas adalah istilah yang menyatakan kemudahan muatan +
dan muatan - dalam suatu partikel atau molekul dipisahkan di bawah pengaruh medan listrik
dari luar.
2.5 Hamburan Raman atau Efek Raman
Jika pada proses hamburan polarisabilitas molekul berubah (tidak tetap seperti pada
hamburan Rayleigh) maka intensitas dan frekuensi sinar hamburannya akan berubah pula
sesuai dengan cara perubahan polarisabilitasnya. Vibrasi molekul yang disertai perubahan
polarisabilitas merupakan dasarmterjadinya hamburan Raman. Jenis vibrasi ini disebut
vibrasi aktif Raman. Bila polarisabilitas molekul bertambah atau berkurang selama terjadinya
vibrasi fundamental, maka amplitudo sinar hamburannya akan berubah pula, dengan
frekuensi yang sama dengan frekuensi vibrasi molekul. Selain itu, sinar.
hamburan Raman ini terdiri dari tiga macam frekuensi:
1. frekuensi yang sama dengan frekuensi sinar monokromatik yang dating
2. frekuensi yang lebih kecil daripada frekuensi sinar dating
3. frekuensi yang lebih besar daripada frekuensi sinar datang
Selisih antara kedua frekuensi tersebut dengan frekuensi sinar dating merupakan
frekuensi vibrasi molekul tersebut. Komponen frekuensi dalam sinar hamburan yang sama
dengan frekuensi sinar monokromatik yang semula datang, tidak lain adalah frekuensi sinar
hamburan Rayleigh (garis Rayleigh atau puncak Rayleigh dalam spektrum Raman), dan
kedua komponen frekuensi lainnya itu tidak lain daripada frekuensi-frekuensi sinar hamburan
Raman Stokes dan anti-Stokes (garis atau puncak Stokes dan garis atau puncak anti-stokes
dalam spektrum Raman).

13. Seperti telah diterangkan di atas, polarisabilitas menyatakan kemudahan molekul
untuk dipolarisasikan artinya menyatakan kemudahan elektron-elektron dalam molekul untuk
dipisahkan dari inti atom. Elektron yang dimaksud di sini adalah elektron yang mengikat
setiap dua atom di dalam molekul tersebut (electron ikatan). Polarisabilitas molekul
bergantung pada kerapatan (density) electron ikatan. Bila kerapatan elektron tinggi (elektron
berdekatan satu sama lain) maka elektron ikatan itu lebih sulit dipisahkan (dipolarisasi) dari
muatan positif inti atom.
Sebaliknya, bila kerapatan elektron pada suatu saat menjadi rendah maka