Spektroskopi sinar-X adalah teknik yang mendeteksi dan mengukur foton, atau partikel cahaya, yang memiliki panjang gelombang di bagian sinar-X dari spektrum elektromagnetik. Ini digunakan untuk membantu para ilmuwan memahami sifat kimia dan unsur suatu objek.
Ada beberapa metode spektroskopi sinar-X yang berbeda yang digunakan dalam banyak disiplin ilmu dan teknologi, termasuk arkeologi, astronomi, dan teknik. Metode-metode ini dapat digunakan secara mandiri atau bersama-sama untuk membuat gambar yang lebih lengkap dari bahan atau objek yang dianalisis.
Sejarah
Wilhelm Conrad Röntgen, seorang fisikawan Jerman, dianugerahi Hadiah Nobel pertama dalam fisika pada tahun 1901 untuk penemuan sinar-X pada tahun 1895. Teknologi barunya dengan cepat digunakan oleh para ilmuwan dan dokter lain, menurut Laboratorium Akselerator Nasional SLAC.
Charles Barkla, seorang ahli fisika Inggris, melakukan penelitian antara tahun 1906 dan 1908 yang mengarah pada penemuannya bahwa sinar-X dapat menjadi karakteristik dari zat-zat individu. Karyanya juga membuatnya mendapatkan Hadiah Nobel dalam bidang fisika, tetapi tidak sampai tahun 1917.
Penggunaan spektroskopi sinar-X sebenarnya dimulai sedikit lebih awal, pada tahun 1912, dimulai dengan tim ayah-dan-fisikawan Inggris, William Henry Bragg dan William Lawrence Bragg. Mereka menggunakan spektroskopi untuk mempelajari bagaimana radiasi sinar-X berinteraksi dengan atom dalam kristal. Teknik mereka, yang disebut kristalografi sinar-X, dijadikan standar di lapangan pada tahun berikutnya dan mereka memenangkan Hadiah Nobel dalam bidang fisika pada tahun 1915.
Cara kerja spektroskopi sinar-X
Ketika sebuah atom tidak stabil atau dibombardir dengan partikel berenergi tinggi, elektronnya berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya. Ketika elektron menyesuaikan, elemen menyerap dan melepaskan foton sinar-X berenergi tinggi dengan cara yang merupakan karakteristik atom yang membentuk elemen kimia tertentu. Spektroskopi sinar-X mengukur perubahan energi tersebut, yang memungkinkan para ilmuwan mengidentifikasi elemen-elemen dan memahami bagaimana atom-atom dalam berbagai bahan berinteraksi.
Ada dua teknik spektroskopi sinar-X utama: spektroskopi sinar-X dispersif panjang gelombang (WDXS) dan spektroskopi sinar-X dispersif-energi (EDXS). WDXS mengukur sinar-X dari panjang gelombang tunggal yang difraksi oleh kristal. EDXS mengukur radiasi sinar-X yang dipancarkan oleh elektron yang dirangsang oleh sumber energi tinggi dari partikel bermuatan.
Dalam kedua teknik, bagaimana radiasi tersebar menunjukkan struktur atom material dan karenanya, unsur-unsur dalam objek yang dianalisis.
Banyak aplikasi
Saat ini, spektroskopi sinar-X digunakan di banyak bidang sains dan teknologi, termasuk arkeologi, astronomi, teknik dan kesehatan.
Antropolog dan arkeolog dapat menemukan informasi tersembunyi tentang artefak kuno dan sisa-sisa yang mereka temukan dengan menganalisisnya dengan spektroskopi sinar-X. Sebagai contoh, Lee Sharpe, associate professor kimia di Grinnell College di Iowa, dan rekan-rekannya, menggunakan metode yang disebut spektroskopi sinar-X (XRF) spektroskopi untuk mengidentifikasi asal-usul obsidian panah yang dibuat oleh orang-orang prasejarah di Barat Daya Amerika Utara. Tim menerbitkan hasilnya pada Oktober 2018 di Journal of Archaeological Science: Reports.
Spektroskopi sinar-X juga membantu astrofisikawan mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana benda-benda di ruang angkasa bekerja. Sebagai contoh, para peneliti dari Universitas Washington di St. Louis berencana untuk mengamati sinar-X yang berasal dari benda-benda kosmik, seperti lubang hitam, untuk mempelajari lebih lanjut tentang karakteristik mereka. Tim yang dipimpin oleh Henric Krawczynski, seorang astrofisika eksperimental dan teoritis, berencana untuk meluncurkan jenis spektrometer sinar-X yang disebut polarimeter sinar-X. Mulai bulan Desember 2018, instrumen akan ditangguhkan di atmosfer Bumi oleh balon helium berdurasi panjang.
Yury Gogotsi, seorang ahli kimia dan insinyur bahan di Drexel University di Pennsylvania, menciptakan antena semprotan dan membran desalinasi air dengan bahan yang dianalisis dengan spektroskopi sinar-X.
Antena penyemprot yang tidak terlihat hanya setebal beberapa nanometer tetapi mampu mengirim dan mengarahkan gelombang radio. Teknik yang disebut spektroskopi serapan sinar-X (XAS) membantu memastikan bahwa komposisi bahan yang sangat tipis benar dan membantu menentukan konduktivitas. "Konduktivitas logam yang tinggi diperlukan untuk kinerja antena yang baik, jadi kami harus memantau bahan secara cermat," kata Gogotsi.
Gogotsi dan rekan-rekannya juga menggunakan spektroskopi sinar-X untuk menganalisis kimia permukaan membran kompleks yang menghilangkan garam air dengan menyaring ion-ion tertentu, seperti natrium.
Penggunaan spektroskopi sinar-X juga dapat ditemukan di beberapa bidang penelitian dan praktik medis, seperti pada mesin CT scan modern. Mengumpulkan spektra serapan sinar-X selama CT scan (melalui penghitungan foton atau pemindai CT spektral) dapat memberikan informasi yang lebih terperinci dan kontras tentang apa yang terjadi di dalam tubuh, dengan dosis radiasi yang lebih rendah dari sinar-X dan lebih sedikit atau tidak perlu menggunakan bahan kontras (pewarna), menurut Phuong-Anh T. Duong, direktur CT di Departemen Radiologi dan Ilmu Pencitraan Universitas Emory di Georgia.
Lebih lanjut bacaan:
- Baca lebih lanjut tentang Explorer Pencari X-Ray Polarimetri NASA.
- Pelajari lebih lanjut tentang X-ray dan Spektroskopi Kehilangan Energi, dari Laboratorium Energi Terbarukan Nasional.
- Lihatlah rangkaian rencana pelajaran ini pada spektroskopi bintang-bintang X-ray, dari NASA.
