Tugas 4 matematika dan ilmu alamiah dasar

PENEMUAN UNSUR ATAU SENYAWA BARU BAGI YANG BERMANFAAT BAGI MANUSIA

 

SPEKTROSKOPI

Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang di pancarkan, diserap, atau di pantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi juga dapat didefenisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya dan materi. Dalam catatan sejarah, spektroskopi mengacu kepada cabang ilmu dimana “cahaya tampak“ di gunakan dalam teori-teori struktur materi serta analisa kualitatif dan kuantitatif. Dalam masa modern, definisi spektroskopi berkembang seiring teknik-teknik baru yang di kembangkan untuk memanfaatkan tidak hanya cahaya tampak, tetapi juga bentuk lain dari radiasi elektromagnetik dan non-elektromagnetik seperti gelombang mikro, gelombang radio, elektron, fonon, gelombang suara, sinar x dan lain sebagainya.

Spektroskopi umumnya di gunakan dalam kimia fisis dan kimia analisis untuk mengidentifikasi suatu substansi melalui spektrum yang dipancarkan atau yang diserap. Alat untuk merekam spektrum disebut spektrometer. Spektroskopi juga digunakan secara intensif dalam astronomi dan penginderaan jarak jauh. Kebanyakan teleskop-teleskop besar mempunyai spektrograf yang di gunakan untuk mengukur komposisi kimia dan atribut fisik lainnya dari suatu objek astronomi atau untuk mengukur kecepatan objek astronomi berdasarkan pergeseran Doppler garis-garis spektral.

Alat yang digunakan untuk mendeteksi kandungan logam dalam tubuh diantaranya adalah:

Spektroskopi Infra Merah

Spektroskopi inframerah didefinisikan sebagai metode untuk identifikasi zat berdasarkan penyerapan panjang gelombang inframerah. Ini adalah studi tentang bagaimana molekul zat dapat menyerap radiasi inframerah dan mengubahnya menjadi panas.Inframerah spektroskopi menggunakan mesin yang berlaku sinar inframerah ke substansi.Tugas mesin, disebut spektrometer inframerah, adalah untuk mencatat jumlah panjang gelombang diserap oleh suatu zat.Spektroskopi inframerah memiliki banyak manfaat di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi. diantaranya sebagai :

1. forensik analisis dan kejahatan investigation

Karena spektroskopi inframerah berguna untuk identifikasi dan konfirmasi identitas bahan dan zat, metode ini bermanfaat bagi bidang analisis forensik. Dengan bantuan database komputer terpadu dan mesin mampu melakukan spektroskopi inframerah, hampir semua bahan atau material dapat diidentifikasi. Database komputer memiliki catatan diketahui grafik absorbansi inframerah. Inframerah spektroskopi memainkan penting dalam penyelidikan kejahatan karena dapat membantu pihak berwenang untuk memecahkan kejahatan dan menemukan pelaku kriminal. Bukti yang dikumpulkan dari tempat kejadian dapat diteliti dengan seksama dengan menggunakan metode ini.Hasilnya dapat memberikan petunjuk tentang keberadaan seorang penjahat. Misalnya, spektroskopi inframerah dapat digunakan untuk menemukan model mobil hanya dengan menundukkan chip cat untuk spektroskopi inframerah.

2. kimia analisi uji pil

Menurut “Medical News Today,” para ilmuwan di University of Maryland telah berhasil menggunakan metode spektroskopi inframerah-dekat (NIR) untuk membuat prediksi mengenai pembubaran cepat pil dalam tubuh. Keberhasilan percobaan dapat membantu produsen obat dalam memeriksa kualitas pil untuk menguntungkan konsumen dalam industri kesehatan. Pil dapat diuji untuk konsistensi karena setiap ketidakseimbangan bahan pil dapat membuktikan menjadi mematikan. Asosiasi Makanan dan Obat (FDA) juga dapat menggunakan metode spektroskopi inframerah untuk memeriksa dan mengidentifikasi bahan-bahan dalam pembuatan obat-obatan. FDA mengatur perusahaan obat dan melindungi konsumen dari bencana kesehatan potensial.

3. aplikasi kimia

Menggunakan spektroskopi inframerah, adalah mungkin untuk mengukur derajat polimerisasi dalam senyawa kimia. Polimerisasi terjadi ketika molekul monomer menjalani reaksi kimia untuk membentuk rantai polimer. Spektroskopi inframerah dapat mengukur perubahan dalam sifat dan kuantitas obligasi molekul. Instrumen portabel yang dapat mengukur spektroskopi inframerah yang digunakan dalam uji coba lapangan. Metode ini penting bagi para peneliti dalam mengidentifikasi menggunakan lebih dari zat yang berbeda untuk meningkatkan kehidupan masyarakat modern. Terobosan medis tidak jauh di belakang. Analisis senyawa molekuler dapat mengarah pada penemuan senyawa kimia baru yang dapat menghasilkan produk yang bermanfaat.

Spektrometer Serapan Atom

Alat ini biasa di gunakan dalam dunia kedokteran sebagai alat untuk mendeteksi zat logam yang terkandung dalam tubuh. Diantara zat logam berbahaya yang dapat di deteksi oleh spectrometer serapan atom adalah: Merkuri (Hg)Keracunan Hg yang akut dapat menyebabkan saluran pencernaan, gangguan kardiovasculer, kegagalan ginjal akut maupun shockPada pemeriksaan laboratorium tampak terjadinya denaturasi protein enzim yang tidak aktif dan kerusakan membran sel. Cadmium (Cd)Oksida dari kadmium adalah logam yang toksisitasnya tinggi. Sebagian besar kontaminasi oleh kadmium pada manusia melalui makanan dan rokok. Paparan akutoleh kadmium (Cd) akan menyebabkan gejala nausea (mual), muntah, diare, kram,otot, anemia, dermatitis, pertumbuhan lambat, kerusakan ginjal dan hati, gangguankardiovaskuler, empisema dan degenerasi testicular.

Jenis spektroskopi lainnya yang banyak digunakan dunia kedokteran juga adalah adalah spektroskopi sinar-X. Sinar-X ditemukan oleh Wilhelm Conrad Rontgen seorang berkebangsaan Jerman pada tahun 1895. Penemuanya diilhami dari hasil percobaan percobaan sebelumnya antara lain dari J.J Thomson mengenai tabung katoda dan Heinrich Hertz tentang foto listrik.

Spektroskopi Sinar-X

Penemuan sinar-X oleh fisikawan Jerman Wilhelm Conrad Roentgen pada tahun 1895 ternyata mampu mengantarkan ke arah terjadinya perubahan mendasar dalam bidang kedokteran. Manusia mendapatkan jalan dalam memanfaatkan sinar-X penemuan W.C. Roentgen terutama untuk radiodiagnosa dalam bidang medis. Sinar- X mampu membedakan kerapatan dari berbagai jaringan dalam tubuh manusia yang dilewatinya. Dengan penemuan sinar-X ini, informasi mengenai tubuh manusia menjadi mudah diperoleh tanpa perlu melakukan operasi bedah. Proses pembuatan gambar anatomi tubuh manusia dengan sinar-X dapat dilakukan padapermukaan film fotografi. Gambar terbentuk karena adanya perbedaan intensitas sinar-X yangmengenai permukaan film setelah terjadinya penyerapan sebagian sinar-X oleh bagain tubuh manusia. Daya serap tubuh terhadap sinar-X sangat bergantung pada kandungan unsur-unsur yang ada di dalam organ. Tulang manusia yang didominasi oleh unsur Ca mempunyai kemampuan menyerap\ yang tinggi terhadap sinar-X. Karena penyerapan itu maka sinar-X yang melewati tulang akan memberikan bayangan gambar pada film yang berbeda dibandingkan bayangan gambar dari organ tubuh yang hanya berisi udara seperti paruparu, atau air seperti jaringan lunak pada umumnya. Jadi pada prinsipnya, bayangan gambar anatomi terbentuk karena adanya peredaan kemampuan dalam menyerap maupun meneruskan sinar-X yang melalui organ-organ tertentu di dalam tubuh.

Spektroskopi Fluoresensi Sinar-X

Sejumlah mineral sangat diperlukan oleh tubuh manusia untuk kesehatan dan pertumbuhan. Secara umum mineral itu memiliki dua fungsi utama, yaitu membangun dan mengatur. Beberapa mineral diperlukan tubuh dalam jumlah relatif besar, lebih dari 100 mg sehari. Mineral kelompok ini disebut makromineral, seperti Ca, P, Na, Cl, K, Mg dan S. Kelompok mineral lainnya disebut mineral perunut/kelumit (trace element) yang diperlukan oleh tubuh dalam jumlah sangat sedikit. Dalam tubuh manusia ada 14 unsur kelumit yang termasuk esensial bagi manusia, yaitu : Co, Cr, Cu, F, Fe, I, Mn, Mo, Ni, Se, Si, Sn, V dan Zn.Keberadaan unsur-unsur kelumit penyusun tubuh tadi ternyata sangat sulit untuk dianalisis baik secara kualitatif maupun kuantitatif dengan metode analisis kimia biasa.

Teknik analisis konvensional pada umumnya menghendaki adanya unsur dengan jumlah yang relatif banyak agar dapat dianalisis. Keberadaan unsur-unsur kelumit tidak memenuhi jumlah minimal yang dikehendaki oleh metode konvensional. Karena kendala jumlah ini, maka metode analisis kimia biasa kurang bisa memainkan peranannya. Karena kendala itu, maka diperlukan teknik lain yang mampu menganalisis keberadaan unsurunsur kelumit di dalam tubuh manusia. Teknik nuklir ternyata mampu mengatasi kendala yang dihadapi oleh metode konvensional tersebut. Pemeriksaan unsur kelumit di dalam tubuh manusia dengan teknik nuklir dapat dilakukan baik dengan teknik Analisis Pengaktifan Neutron (APN) maupun dengan mengamati pancaran sinar-X karakteristik dari unsur tersebut. Tulisan ini akan membahas lebih lanjut mengenai teknik analisis unsur kelumit dengan menganalisis pancaran sinar-X karakteristik unsur.

Teknik fluoresensi sinar-X dapat dipakai untuk menentukan kandungan mineral kelumit dalam bahan biologik maupun dalam tubuh secara langsung. Di beberapa negara maju, teknik ini banyak digunakan untuk memeriksa kandungan unsur kelumit yodium (I) stabil baik yang terdapat dalam kelenjar gondok, darah maupun urine. Yodium diperlukan oleh tubuh dalam jumlah yang sangat kecil, tetapi kelenjar gondok baru akan berfungsi secara normal apabila persediaan I di dalam tubuh cukup memadai. Defisiensi I dalam diet seseorang dapat mengakibatkan pembesaran kelenjar gondok (goiter). Teknik pemeriksaan kandungan I di dalam tubuh dapat dilakukan dengan cara menembakkan radiasi foton elektromagnetik ke sasaran yang diteliti. Sumber radiasi yang sering digunakan adalah radioisotop americium-241 (241Am) dengan radiasi elektromagnetik yang dipancarkannya berenergi 60 keV. Radiasi elektromagnetik yang dipancarkan dari 241Am akan berinteraksi dengan sebuah elektron yang berada di kulit K unsur I di dalam tubuh atau bahan biologik lainnya. Karena menyerap energy elektromagnetik, maka elektron yang berada di kulit K atom I akan memiliki energi kinetik yang cukup untuk melepaskan diri dari ikatan inti, sehingga elektron itu akan terpental keluar. Proses lepasnya elektron dari ikatan inti tadi disebut proses pengionan materi oleh radiasi. Kekosongan elektron di kulit K ini selanjutnya akan diisi oleh elektron lainnya yang berada di kulit yang lebih luar, misal kulit L atau kulit M.  Perpindahan elektron ke kulit yang lebih dalam itu akan disertai dengan pancaran radiasi elektromagnetik dengan energi tertentu. Untuk unsur-unsur tertentu, pancaran radiasi elektromagnetik tersebut adalah dalam bentuk sinar-X karakteristik.

Dalam industri farmasi, dekat spektroskopi inframerah digunakan untuk menentukan kualitas pil dan seberapa cepat mereka larut dalam tubuh manusia. Ketidakseimbangan sedikit bisa berakibat deadly, itulah sebabnya mengapa pengukuran medis harus tepat. Teknologi ini memungkinkan perusahaan-perusahaan farmasi untuk merampingkan kegiatan mereka dan memberikan obat-obatan aman. Kimiawan juga menggunakan spektroskopi inframerah dekat untuk menganalisis molekul make-up dari senyawa yang berbeda.

Spektroskopi NMR

Banyak inti (atau lebih tepat, inti dengan paling tidak jumlah proton atau neutronnya ganjil) dapat dianggap sebagai magnet kecil. Inti seperti proton (¹H atau H-1) dan inti karbon-13 (¹³C atau C-13; kelimpahan alaminya sekitar 1%). Karbon -12 (¹²C), yang dijadikan standar penentuan massa, tidak bersifat magnet. Bila sampel yang mengandung ¹H atau ¹³C (bahkan semua senyawa organik) ditempatkan dalam medan magnet, akan timbul interaksi antara medan magnet luar tadi dengan magnet kecil (inti). Karena ada interaksi ini, magnet kecil akan terbagi atas dua tingkat energi (tingkat yang sedikit agak lebih stabil (+) dan keadaan yang kurang stabel (-)) yang energinya berbeda. Karena dunia inti adalah dunia mikroskopik, energi yang berkaitan dengan inti ini terkuantisasi, artinya tidak kontinyu. Perbedaan energi antara dua keadaan diberikan oleh persamaan.

E = γhH/2π(13.4)

H kuat medan magnet luar (yakni magnet spektrometer), h tetapan Planck, γ tetapn khas bagi jenis inti tertentu, disebut dengan rasio giromagnetik dan untuk proton nilainya 2,6752 x 10⁸ kg^-1 s A (A= amper)??

Bila sampel disinari dengan gelombang elektromagnetik ν yang berkaitan dengan perbedaan energi E, yakni,

E = hν (13.5)

inti dalam keadaan (+) mengabsorbsi energi ini dan tereksitasi ke tingkat energi (-). Proses mengeksitasi inti dalam medan magnetik akan mengabsorbsi energi (resonansi) disebut nuclear magnetic resonance (NMR)??

Frekuensi gelombang elektromagnetik yang diabsorbsi diungkapkan sebagai fungsi H.

ν = γH/2π(13.6)

Bila kekuatan medan magnet luar, yakni magnet spektrometer, adalah 2,3490 T(tesla; 1 T = 23490 Gauss), ν yang diamati sekitar 1 x 10⁸ Hz = 100 MHz??ilai frekuensi ini di daerah gelombang mikro.

Seacara prinsip, frekuensi gelombang elektromagnetik yang diserap ditentukan oleh kekuatan magnet dan jenis inti yang diamati. Namun, perubahan kecil dalam frekuensi diinduksi oleh perbedaan lingkungan kimia tempat inti tersebut berada. Perubahan ini disebut pergeseran kimia. Dalam spektroskopi ¹H NMR, pergeseran kimia diungkapkan sebagai nilai relatif terhadap frekuensi absorpsi (0 Hz) tetrametilsilan standar (TMS) (CH₃)₄Si??ergeseran kimia tiga jenis proton dalam etanol CH₃CH₂OH adalah sekitar 105??25 dan 490 Hz bila direkam dengan spektrometer dengan magnet 2 1140 T (90 MHz) (Gambar 13.6(a))??arena frekuensi absorpsi proton adalah 0,9 x 10⁸Hz (90 MHz), pergeseran kimia yang terlibat hanya bervariasi sangat kecil.