Spektroskopi Near Infrared Reflectance NIR

16 Gambar 5. Panjang gelombang metode spektroskopi NIR FOSS 2004 Menurut OSullivan et al. 1999, instrumen NIR umumnya terdiri atas tiga bagian, yaitu flow cell, bagian badan instrumen, dan komputer Gambar 6. Bagian badan instrumen dapat langsung melekat pada flow cell atau terhubung dengan flow cell melalui kabel fiber optic. Bagian badan instrumen merupakan tempat bagi pemancar NIR, detektor NIR, dan komunikasi yang diperlukan untuk menyediakan link ke komputer. Sumber cahaya yang digunakan oleh instrumen NIR pada umumnya adalah lampu tungsten halogen karena harganya yang murah dan menghasilkan intensitas cahaya yang tinggi. Flow cell ditempatkan di lini produk dan menyediakan sarana untuk sinar inframerah melewati produk. Flow cell umumnya terdiri atas badan yang terbuat dari stainless steel dengan lensa polysulfone yang mengizinkan radiasi sinar inframerah masuk dan keluar flow cell. Gambar 6. Komponen dasar instrumen spektroskopi NIR OSullivan et al. 1999 Proses perubahan sinyal pada instrumen spektroskopi NIR diawali dengan radiasi sinar inframerah dari sumber cahaya yang dilewatkan melalui sistem beam splitter terlebih dahulu. Sistem beam splitter berfungsi sebagai penyaring cahaya dari banyak warna menjadi satu warna. Selanjutnya sinar tersebut ditransmisikan melalui sampel dan diterima oleh detektor solid state yang secara langsung mengubah energi sinar inframerah menjadi sinyal analog. Detektor solid state merupakan perangkat optoelectronic yang digunakan untuk mengonversi insiden foton menjadi sinyal elektronik. Sinyal tersebut selanjutnya dikonversi ke bentuk digital oleh analog-to-digital converter dengan nilai sesungguhnya yang kemudian disimpulkan oleh hardware khusus sebagai produk total penyerapan sinar inframerah oleh sampel. Data absorbansi ini kemudian dikirim ke komputer untuk diproses lebih lanjut dan menghasilkan spektrum yang menjelaskan dua parameter, yaitu panjang gelombang dalam nanometer dan amplitude dengan tinggi puncak gelombang yang menjelaskan intensitasnya seperti yang terlihat pada Gambar 7. 17 Gambar 7. Contoh spektrum NIR susu dan air Frankhuizen 2008 Cahaya inframerah dekat yang mengenai bahan memiliki energi yang kecil dan hanya menembus sekitar satu milimeter permukaan bahan tergantung komposisi bahan tersebut. Meskipun cahaya inframerah mengalami penyebaran, spektrum yang terbaca tetap mengandung informasi contoh penyerapan permukaan bahan tetapi terjadi distorsi pada puncak gelombang Dryden 2003. Variasi pantulan spektrum pada metode spektroskopi NIR umumnya dipengaruhi oleh radiasi non spesifik yang menyebar, jarak antara sumber energi ke sampel, dan komposisi kimia sampel Dryden 2003. Menurut Cen He 2007, pemilihan daerah panjang gelombang, solusi, scan kecepatan, jumlah, modus dan interval pengambilan sampel akan mempengaruhi presisi dan pengulangan percobaan. Salah satu instrumen yang menerapkan prinsip spektroskopi NIR adalah NIRSystems 5000. NIRSystems 5000 dapat menganalisis komponen utama dan komponen spesial dalam produk seperti gula, lemak, protein, total padatan. Spektrum pada NIRSystems 5000 memiliki semua spektra analisis yang dikombinasikan dengan presisi dan stabilitas metode konvensional FOSS 2004.

2. Spektroskopi Fourier Transform Infrared FTIR

Spektroskopi inframerah merupakan salah satu teknik analisis yang sering digunakan akhir-akhir ini. Selain teknologi Near Infrared Reflectance Spectroscopy NIRS terdapat pula teknik analisis yang sering digunakan oleh industri susu, yaitu Fourier Transform Infrared FTIR. Sama halnya seperti NIRS, FTIR juga membutuhkan waktu yang singkat untuk menganalisis komponen sampel. Prinsip kerja metode spektroskopi FTIR serupa dengan prinsip kerja spektroskopi inframerah pada umumnya. Perbedaan metode spektroskopi FTIR dengan spektroskopi inframerah lainnya terletak pada panjang gelombang yang digunakan. Panjang gelombang inframerah yang digunakan berada dalam rentang spektrum menengah sinar inframerah, yaitu 2500-30000 nm Stuart 2004. Menurut Stuart 2004, instrumen FTIRS umumnya terdiri atas lima bagian, yaitu sumber cahaya, interferometer, sampel, detektor, dan komputer Gambar 8. Sumber cahaya yang digunakan pada instrumen spektroskopi FTIR adalah Globar atau Nernst. Interferometer yang paling umum digunakan pada instrumen spektroskopi FTIR adalah Michelson interferometer yang terdiri atas dua cermin datar tegak lurus. Detektor yang digunakan umumnya terdiri atas dua jenis, yaitu detektor normal untuk penggunaan rutin penggabungan alat pyroelectric dengan deuterium tryglycine sulfate DTGS pada suhu yang tahan alkali halida dan detektor untuk analisis yang lebih sensitif mercury cadmium telluride MCT 18 yang harus didinginkan pada suhu nitrogen cair Stuart 2004. Detector tersebut khusus didesain untuk mengukur sinyal interferogram. Interferogram adalah sinyal yang dihasilkan sebagai fungsi dari perubahan panjang jalur antara dua berkas sinar. Beam splitter yang digunakan adalah germanium atau oksida b esi yang dilapisi substrat „inframerah-transparan‟ seperti kalium bromida atau iodida cesium. Gambar 8. Komponen dasar instrumen spektroskopi FTIR Stuart 2004 Proses perubahan sinyal pada instrumen spektroskopi FTIR Gambar 9 diawali dengan radiasi sinar inframerah dari sumber cahaya yang dilewatkan melalui interferometer sebagai tempat menyandikan spektra. Setelah melalui interferometer, sinar diubah menjadi sinyal interferogram yang selanjutnya mengenai sampel dan diterima oleh detektor. Sinyal kemudian diamplifikasi sehingga sinyal dengan frekuensi tinggi akan dihilangkan dengan filter. Sinyal tersebut selanjutnya dikonversi ke bentuk digital oleh analog-to-digital converter dan dipindahkan ke komputer untuk Fourier-Transformation. Hasil Fourier-Transformation berupa spektrum inframerah yang yang menjelaskan dua parameter, yaitu panjang gelombang dalam nanometer dan intensitasnya. Ukuran puncak pada spektrum adalah indikasi langsung dari jumlah komposisi yang ada di dalam bahan tersebut TNC 2001. Adanya software alogaritma modern menjadikan spektroskopi inframerah sebagai alat yang sangat baik untuk analisis kuantitatif. Gambar 9. Proses perubahan sinyal pada instrumen spektroskopi FTIR TNC 2001 Salah satu instrumen yang menerapkan prinsip spektroskopi FTIR adalah FOSS MilkoScan FT120. FOSS MilkoScan FT120 dapat menganalisis komponen utama dan komponen spesial dalam produk seperti gula, lemak, protein, total padatan, bahkan penurunan titik beku dapat dianalisis. Interferometer pada FOSS MilkoScan FT120 memiliki semua spektrum analisis yang dikombinasikan dengan presisi dan stabilitas metode konvensional FOSS 2004. FOSS MilkoScan FT120 umumnya digunakan pada industri produk olahan susu.