Spektroskopi Transformasi Fourier, Teknik Pengukuran Koherensi Sumber Radiatif – Spektroskopi transformasi fourier adalah teknik pengukuran di mana spektra dikumpulkan berdasarkan pengukuran koherensi sumber radiatif, menggunakan pengukuran domain waktu atau ruang-domain dari radiasi elektromagnetik atau jenis radiasi lainnya.

Spektroskopi Transformasi Fourier, Teknik Pengukuran Koherensi Sumber Radiatif

 

transitionmathproject – Ini dapat diterapkan pada berbagai jenis spektroskopi termasuk spektroskopi optik, spektroskopi inframerah (FTIR, FT-NIRS), resonansi magnetik nuklir (NMR) dan spektroskopi resonansi magnetik (MRSI), spektrometri massa dan spektroskopi resonansi putaran elektron.

Baca Juga : Tahukah Kamu Tentang Seri Fourier Dalam Matematika ?, Yuk Kita Ulas Disini

Ada beberapa metode untuk mengukur koherensi temporal cahaya, termasuk gelombang berkelanjutan Michelson atau spektrometer transformasi Fourier dan spektrograf fourier-transform berdenyut (yang lebih sensitif dan memiliki waktu pengambilan sampel yang jauh lebih pendek daripada teknik spektroskopi konvensional, tetapi hanya berlaku di lingkungan laboratorium).

Mengukur spektrum emisi

Salah satu tugas paling mendasar dalam spektroskopi adalah mencirikan spektrum sumber cahaya berapa banyak cahaya yang dipancarkan pada setiap panjang gelombang yang berbeda. Cara paling mudah untuk mengukur spektrum adalah dengan melewati cahaya melalui monokromator, instrumen yang menghalangi semua cahaya kecuali cahaya pada panjang gelombang tertentu (panjang gelombang yang tidak diblokir diatur oleh kenop pada monokromator).

Kemudian intensitas lampu sisa (panjang gelombang tunggal) ini diukur. Intensitas terukur secara langsung menunjukkan berapa banyak cahaya yang dipancarkan pada panjang gelombang itu. Dengan memvariasikan pengaturan panjang gelombang monokromator, spektrum penuh dapat diukur. Skema sederhana ini sebenarnya menggambarkan bagaimana beberapa spektrometer bekerja.

Fourier-transform spectroscopy adalah cara yang kurang intuitif untuk mendapatkan informasi yang sama. Alih-alih hanya memungkinkan satu panjang gelombang sekaligus untuk melewati detektor, teknik ini memungkinkan melalui balok yang mengandung banyak panjang gelombang cahaya yang berbeda sekaligus, dan mengukur intensitas sinar total.

Selanjutnya, balok dimodifikasi untuk berisi kombinasi panjang gelombang yang berbeda, memberikan titik data kedua. Proses ini diulang berkali-kali. Setelah itu, komputer mengambil semua data ini dan bekerja mundur untuk menyimpulkan berapa banyak cahaya yang ada di setiap panjang gelombang.

Agar lebih spesifik, antara sumber cahaya dan detektor, ada konfigurasi cermin tertentu yang memungkinkan beberapa panjang gelombang melewati tetapi memblokir orang lain (karena gangguan gelombang). Balok dimodifikasi untuk setiap titik data baru dengan memindahkan salah satu cermin ini mengubah set panjang gelombang yang dapat melewatinya.

Seperti disebutkan, pemrosesan komputer diperlukan untuk mengubah data mentah (intensitas cahaya untuk setiap posisi cermin) menjadi hasil yang diinginkan (intensitas cahaya untuk setiap panjang gelombang). Pemrosesan yang diperlukan ternyata algoritma umum yang disebut transformasi Fourier (karenanya nama, “Spektroskopi transformasi Fourier”).

Data mentah kadang-kadang disebut “interferogram”. Karena persyaratan peralatan komputer yang ada, dan kemampuan cahaya untuk menganalisis jumlah zat yang sangat kecil, seringkali bermanfaat untuk mengotomatiskan banyak aspek persiapan sampel.

Sampel dapat dipertahankan dengan lebih baik dan hasilnya jauh lebih mudah direplikasi. Kedua manfaat ini penting, misalnya, dalam situasi pengujian yang nantinya dapat melibatkan tindakan hukum, seperti yang melibatkan spesimen obat.

Mengukur spektrum penyerapan

Metode spektroskopi transformasi Fourier juga dapat digunakan untuk spektroskopi penyerapan. Contoh utamanya adalah “FTIR Spectroscopy”, teknik umum dalam kimia. Secara umum, tujuan spektroskopi penyerapan adalah untuk mengukur seberapa baik sampel menyerap atau mengirimkan cahaya pada setiap panjang gelombang yang berbeda.

Meskipun spektroskopi penyerapan dan spektroskopi emisi berbeda pada prinsipnya, mereka terkait erat dalam praktiknya; teknik apa pun untuk spektroskopi emisi juga dapat digunakan untuk spektroskopi penyerapan. Pertama, spektrum emisi lampu broadband diukur (ini disebut “spektrum latar belakang”).

Kedua, spektrum emisi lampu yang sama yang bersinar melalui sampel diukur (ini disebut “spektrum sampel”). Sampel akan menyerap beberapa cahaya, menyebabkan spektra berbeda. Rasio “spektrum sampel” dengan “spektrum latar belakang” terkait langsung dengan spektrum penyerapan sampel.

Michelson gelombang berkelanjutan atau spektrograf transformasi Fourier

Spektrograf Michelson mirip dengan instrumen yang digunakan dalam eksperimen Michelson–Morley. Cahaya dari sumber dibagi menjadi dua balok oleh cermin setengah perak, satu dipantulkan dari cermin tetap dan satu dari cermin bergerak, yang memperkenalkan penundaan waktu spektrometer transformasi Fourier hanyalah interferometer Michelson dengan cermin bergerak.

Balok mengganggu, memungkinkan koherensi temporal cahaya diukur pada setiap pengaturan penundaan waktu yang berbeda, secara efektif mengubah domain waktu menjadi koordinat spasial. Dengan membuat pengukuran sinyal pada banyak posisi diskrit dari cermin bergerak, spektrum dapat direkonstruksi menggunakan transformasi Fourier dari koherensi temporal cahaya. Spektrograf Michelson mampu pengamatan resolusi spektral yang sangat tinggi dari sumber yang sangat cerah.

Spektrograf Michelson atau Fourier-transform populer untuk aplikasi infra-red pada saat astronomi infra-red hanya memiliki detektor piksel tunggal. Pencitraan spektrometer Michelson adalah kemungkinan, tetapi secara umum telah ditanamkan oleh instrumen Pencitraan Fabry-Pérot, yang lebih mudah dibangun.

Spektrometer transformasi Fourier berdenyut

Spektrometer transformasi Fourier berdenyut tidak menggunakan teknik transmisi. Dalam deskripsi paling umum tentang spektrometri FT berdenyut, sampel terkena peristiwa energi yang menyebabkan respons berkala. Frekuensi respons berkala, sebagaimana diatur oleh kondisi lapangan dalam spektrometer, menunjukkan sifat-sifat anilit yang diukur.

Contoh spektrometri Fourier-transform berdenyut

Dalam spektroskopi magnetik (EPR, NMR), pulsa microwave (EPR) atau pulsa frekuensi radio (NMR) dalam medan magnet sekitar yang kuat digunakan sebagai peristiwa energi. Ini mengubah partikel magnetik pada sudut ke medan sekitar, menghasilkan gyration.

Berputar berkilauan kemudian menginduksi arus berkala dalam kumparan detektor. Setiap putaran menunjukkan frekuensi karakteristik gyration (relatif terhadap kekuatan lapangan) yang mengungkapkan informasi tentang analit. Dalam spektrometri massa yang berubah fourier, peristiwa energi adalah suntikan sampel yang diisi ke medan elektromagnetik yang kuat dari siklotron.

Partikel-partikel ini berjalan berputar-putar, menginduksi arus dalam kumparan tetap pada satu titik dalam lingkaran mereka. Setiap partikel perjalanan menunjukkan rasio lapangan frekuensi siklotron karakteristik yang mengungkapkan massa dalam sampel.

Pembusukan induksi gratis

Spektrometri FT berdenyut memberikan keuntungan membutuhkan pengukuran tunggal yang bergantung pada waktu yang dapat dengan mudah mendekonvolusi satu set sinyal serupa tetapi berbeda. Sinyal komposit yang dihasilkan, disebut pembusukan induksi gratis, karena biasanya sinyal akan membusuk karena inhomogenitas dalam frekuensi sampel, atau hilangnya sinyal yang tidak dapat dipulihkan karena hilangnya entropik properti yang diukur.

Spektroskopi nanoscale dengan sumber berdenyut

Sumber berdenyut memungkinkan pemanfaatan prinsip spektroskopi fourier-transform dalam memindai teknik mikroskopi optik di dekat lapangan. Khususnya dalam nano-FTIR, di mana hamburan dari ujung probe yang tajam digunakan untuk melakukan spektroskopi sampel dengan resolusi spasial nanoscale, iluminasi daya tinggi dari laser inframerah berdenyut membentuk efisiensi sebaran yang relatif kecil (seringkali < 1%) penyelidikan.

Bentuk stasioner spektrometer transformasi Fourier

Selain bentuk pemindaian spektrometer transformasi Fourier, ada sejumlah bentuk stasioner atau dipindai sendiri. Meskipun analisis output interferometrik mirip dengan interferometer pemindaian yang khas, perbedaan signifikan berlaku, seperti yang ditunjukkan dalam analisis yang dipublikasikan.

Beberapa bentuk stasioner mempertahankan keunggulan multipleks Fellgett, dan penggunaannya di wilayah spektral di mana batas kebisingan detektor berlaku mirip dengan bentuk pemindaian FTS. Di wilayah terbatas photon-noise, penerapan interferometer stasioner ditentukan oleh pertimbangan khusus untuk wilayah spektral dan aplikasi.

Keuntungan Fellgett

Salah satu keuntungan terpenting dari spektroskopi transformasi Fourier ditunjukkan oleh P.B. Fellgett, seorang advokat awal metode ini. Keuntungan Fellgett, juga dikenal sebagai prinsip multipleks, menyatakan bahwa ketika mendapatkan spektrum ketika kebisingan pengukuran didominasi oleh kebisingan detektor (yang independen dari kekuatan insiden radiasi pada detektor).

Baca Juga :  Penjelasan Singkat Ultraviolet

Spektrometer multipleks seperti spektrometer transformasi Fourier akan menghasilkan peningkatan relatif dalam rasio sinyal-ke-kebisingan, dibandingkan dengan monokromator pemindaian yang setara, dari urutan akar kuadrat dari m , di mana m adalah jumlah titik sampel yang terdiri dari spektrum.

Namun, jika detektor didominasi shot-noise, kebisingan akan sebanding dengan akar kuadrat dari daya, sehingga untuk spektrum boxcar yang luas (sumber broadband berkelanjutan), kebisingan sebanding dengan akar kuadrat m, sehingga justru mengimbangi keunggulan Fellgett. Kebisingan bidikan adalah alasan utama spektrometri transformasi Fourier tidak pernah populer untuk ultraviolet (UV) dan spektra yang terlihat.