Memahami Warna Interferensi dan Michel Lévy Chart

Update: 13 Januari 2017

Baca juga artikel tentang pengamatan mineral dengan mikroskop disini. Jika menggunakan mikroskop elektron (SEM-EDX atau EMPA), saya sudah rangkumkan dalam halaman ini. 

Michel Lévy (1888) adalah seorang mineralogis, yang menuliskan karyanya dalam buku Les Minéraux des Roches. Saya belum membaca buku ini (judulnya dalam bahasa Perancis udah bikin saya serem), tapi dari beberapa review yang saya baca, buku ini berisi tentang aplikasi dari warna interferensi untuk mengenali mineral pada batuan. Hingga saat ini, diagram yang pertama kali diajukan oleh Levy, masih dipakai hingga tahun 2015 ini, termasuk saya masih memakainya. Hampir 150 tahun dan masih bermanfaat. Mantap toh. Jika Isaac Newton (1704) menemukan tentang teori difraksi cahaya, maka Lévy menemukan interferensi dari warna. Namanya mirip-mirip, tapi sebenarnya tidak sama.

Isaac Newton 

Awalnya, warna interferensi ini dimanfaatkan untuk keperluan mineralogi dan petrologi, namun ternyata aplikasinya dimanfaatkan untuk keperluan sintetis fiber, bahan kimia, biologi, obat-obatan, farmasi, polimer, bahkan untuk kriminalitas. Cuma pemanfaatan yang lain belum saya pelajari, maklum belajar satu aja (mineralogi) aja udah cukup susah. Tulisan ini saya buat karena saya sendiri pun masih kesulitan untuk mendeskripsikan mineral dengan tepat. Saya sempat curhat dengan istri saya, sejak 2011 hingga 2015 ini, saya terus belajar menggunakan mikroskop, dan harus saya akui sulit. Kalau saya mundur, ah, betapa menyedihkannya saya. Levy saja sudah memulai tahun 1888, dan ilmuwan lain sudah merintis dengan keterbatasan yang ada, ini 2015, masak saya ga bisa? Apa sebenarnya yang ditemukan oleh Lévy?

Mikroskop tahun 1900-an

Warna interferensi?

Pernah melihat adanya warn-warni di buih sabun? minyak yang bercampur dengan air dan nampak adanya warna-warni? Warna ini merupakan warna yang dihasilkan adanya perbedaan dua indeks bias dari sebuah medium. Lévy mengaplikasikan interferensi warna yang awalnya diketemukan oleh Newton tentang interferensi warna dan mengaplikasikannya pada batuan. Ide awalnya, tiap bahan transparan akan mempunyai indeks bias yang berbeda-beda (dalam hal ini mineral), yang kemudian dapat diuraikan menjadi warna-warna yang berinterferensi satu sama lain. Seperti apa sih interferensi? Saya coba ilustrasikan dengan media air dengan gambar di bawah, semoga bisa lebih jelas.

Interferensi pada air

Pengamatan warna interferensi dilakukan dengan bantuan mikroskop cahaya polarisasi (cahaya dari bawah), dimana perlu adanya tambahan polarisator di bagian bawah dari meja putar dan analisator yang berada dekat dengan mata, untuk mengubah cahaya yang semula mempunyai arah rambat ke berbagai arah menjadi hanya satu arah saja. Dengan analisator yang terbuka, kita akan mendapatkan pengamatan mikroskop nikol sejajar atau PPL (plane polarized light) sedangkan dengan memasukkan analisator, maka pengamatan mikroskop menjadi nikol silang atau XPL. Polarisator seakan-akan membuat cahaya bergetar hanya berarah Barat-Timur, sedangkan analisator membuat cahaya bergetar hanya berarah Utara-Selatan. 

Detail tentang dasar mikroskop pernah saya ulas sedikit di halaman ini (atau klik gambarnya).

Apa manfaat mengetahui warna interferensi?

Tiap mineral mempunyai karakteristik yang berbeda satu sama lain. Walaupun mempunyai rumus yang sama, mineral tersebut akan menunjukkan karakteristik yang berbeda pada pengamatan mikroskop. Sebagai contoh, ada grup mineral SILIKA, yang mempunyai rumus kimia SiO2. Mineral apa yang bisa pertama kita ingat kalau rumus kimia nya SiO2? Tentu saja kuarsa. Tapi,tahukah bahwa ada banyak mineral lain? Ada mineral yang bernama opal, kalsedon, sanidin, tridimit dan kristobalit. Bagaimana cara membedakannya? Kita bisa memanfaatkan sifat-sifat yang ada dari mineral dengan melakukan pengamatan di bawah mikroskop,seperti dengan meilihat warna interferensi atau mengenalinya melalu sifatnya (isotrop/ anisotrop). 

Isotrop dan Anisotrop

Pada pengamatan sayatan tipis dengan memasukkan analisator (nikol silang), kita akan melihat adanya dua kemungkinan, mineral akan tetap gelap atau akan menunjukkan warna yang beragam. Jika mineral tetap gelap ketika meja mikroskop diputar, berarti mineral mempunyai sifat isotrop, yang artinya cahaya merambat dengan kecepatan yang sama. Hal ini berlaku pada sistem kristal isometrik, dimana semua sumbu sama panjang ke semua arah. 

Contoh substansi yang isotrop: halit, glass, intan, mineral wool.

Jika mineral yang kita amati menunjukkan ada perubahan warna ketika meja mikroskop diputar, berarti mineral itu bersifat anisotrop dan cahaya merambat dengan arah yang berbeda. Sifat anisotropi terbagi menjadi dua, yaitu uniaxial dan bersifat biaxial. 

Uniaxial

Untuk uniaxial, saya biasanya menggunakan jembatan keledai UHT - Uniaxial Hexagonal Tetragonal. Perambatan gelombang dalam 2 arah saja, yaitu arah nomega dan nepsilon. 

Bagaimana cara membayangkannya? 

Kita bayangkan dalam sistem kristal hexagonal dan tetragonal, maka nilai sumbu x1 = x2≠ z. Perambatan hanya pada arah nomega dan nepsilon. Pada mineral dengan sistem uniaxial positif, dimana omega sejajar dengan arah sumbu-z, atau yang mempunyai panjang sumbu yang lebih panjang daripada sumbu yang lain. Sumbu x1 = x2 yang mempunyai panjang sumbu yang sama, dimana perambatannya berdasarkan arah epsilon. Karena sumbu-c nya lebih panjang dibanding sumbu x1 dan x2 , maka omega akan merambat lebih jauh dibanding epsilon sehingga bisa ditulis nomega < nepsilon. Contoh mineral uniaxial adalah kuarsa, kalsit.

Uniaxial positif: n(omega) < n(epsilon) 

Uniaxial negatif: n(omega) > n(epsilon) 

Biaxial

Mineral dengan sistem kristal orthorhombik, monoklin and triklin, panjang sumbu x ≠ y ≠ z, sehingga sumbu indikatriksnya disebut sebagai 

n(alpha), n(beta), n(gamma) 

dimana n(alpha) < n(beta) < n(gamma) 

Dari sumbu indikatriks tersebut, maka kita bisa mengetahui warna interferensi maksimum (maximum birefringence): n(maximum) = n(gamma) - n(alpha) 

n(alpha) sejajar dan di plot sejajar sumbu X 

n(beta) sejajar dan di plot sejajar sumbu Y 

n(gamma) sejajar dan di plot sejajar sumbu Z 

dimana , n(alpha) < n(beta) < n(gamma) sehingga panjang dari sumbu x < y < z. Contoh dari mineral biaxial adalah borax, talc, mika dan gypsum.

Membaca Michel Lévy Chart

Michel Lévy chart digunakan untuk mengenali karakteristik mineral dari nilai intereferensi maksimum yang didapat dari mineral yang belum kita ketahui. Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut (ilustrasi lihat gambar di bawah):

1. Pengamatan nikol silang

2. Tempatkan mineral pada posisi gelap sempurna 

3. Putar mineral sampai berada pada posisi terang sempurna 

4. Kenali warna terang maksimumnya secara visual dengan membandingkan dengan diagram michel levy. Kemudian baca berapa panjang gelombang nya di bagian bawah dari diagram (catat pembacaan, misalkan kita mendatkan warna biru, dan kita bingung apakah ini biru mewakili orde 2-655 nm atau biru orde 3-1150 nm)

5. Masukkan plat gypsum (panjang gelombang 550 nm) 

6. Warna yang kita lihat adalah warna yang sudah bertambah 1 lambda (Misalkan warna yang kita dapat berwarna biru kehijauan, maka panjang gelombang 655+550= 1205). 

Untuk mendapatkan file Michel-Lévy chart, silahkan akses di link ini. 

Menentukan simbol optis dengan plat gipsum

Gipsum seperti sudah dijelaskan sebelumnya mempunyai panjang gelombang 550 nm. Ketika plat dimasukkan, makaakan terjadi:

a. penambahan sebesar 550nm --> kenaikan orde dari warna interferensi (misal dari warna krem menjadi berwarna biru)

b. pengurangan sebesar 550 nm --> penurunan warna interferensi (misalkan menjadi warna kuning)

Menggunakan Plat Kuarsa, Mica dan Gypsum

Selain menggunakan plat gipsum yang mempunyai panjang gelombang (lambda) 550 nm, kita juga bisa menggunakan plat kuarsa yang mempunyai panjang 137-150 nm atau mika yang mempunyai panjang gelombang 1/4 lambda = 147 nm. 

Contoh pemakaian gypsum saya berikan di gambar bawah ini. 

Semoga bermanfaat....

Referensi

http://www.brocku.ca/earthsciences/people/gfinn/optical/unindctx.htm

https://www.mccrone.com/mm/the-michel-levy-interference-color-chart-microscopys-magical-color-key/

http://www.zeiss.com/microscopy/en_de/downloads/brochure-downloads.html?catalog=light_microscopy&search=levy&x=-1426&y=-822 

http://science.howstuffworks.com/innovation/famous-inventors/5-isaac-newton-inventions.htm#page=6