Karakterisasi Gas Ozon Di Dalam Penjerap Kalium Iodida ... · karakterisasi gas ozon di dalam...
41
KARAKTERISASI GAS OZON DI DALAM PENJERAP KALIUM IODIDA DENGAN MENGGUNAKAN METODE SPEKTROSKOPI DEDE YULIAS NURUL MIFTAH DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUR PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
Transcript of Karakterisasi Gas Ozon Di Dalam Penjerap Kalium Iodida ... · karakterisasi gas ozon di dalam...
KARAKTERISASI GAS OZON DI DALAM PENJERAP KALIUM
IODIDA DENGAN MENGGUNAKAN METODE SPEKTROSKOPI
DEDE YULIAS NURUL MIFTAH
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUR PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
ABSTRAK
DEDE YULIAS NURUL MIFTAH. Karakterisasi gas ozon di dalam penjerap kalium
iodida dengan menggunakan metode spektroskopi. Dibimbing oleh AKHIRUDDIN
MADDU dan MAMAT RAHMAT.
Metode pengukuran yang sering digunakan dalam pengukuran gas ozon adalah metode
neutral buffer kalium iodida (NBKI). Hasil pengukuran tidak ditampilkan pada saat itu
tetapi beberapa jam bahkan hari sesudahnya. Pada penelitian ini gas ozon dijerap
menggunakan larutan penjerap kalium iodida (KI) kemudian diukur menggunakan
metode spektroskopi sebagai tahapan awal pembuatan sensor kristal fotonik untuk
mendeteksi gas ozon. Gas ozon bereaksi dengan larutan penjerap KI menghasilkan
larutan berwarna kuning muda tetapi panjang gelombang absorpsinya berada di daerah
ultraviolet yaitu 351.58 nm. Penelitian ini mengkarakterisasi gas ozon dengan metode
spektroskopi, menghitung konsentrasi gas ozon yang terjerap, menentukan kurva
kalibrasi, menentukan konsentrasi secara real-time pada saat penjerapan beserta
menentukan α (koefisien absorpsi) sebagai dasar pembuatan sensor kristal fotonik. Kurva
kalibrasi yang diperoleh menunjukkan peningkatan konsentrasi gas ozon yang terjerap
menyebabkan intensitas yang ditransmisikan semakin menurun secara eksponensial. Nilai
koefisien absorpsi yang diperoleh adalah 43.5 m2/μg.
Kata kunci : kalium iodida, koefisien absorpsi, gas ozon, sensor kristal fotonik
KARAKTERISASI GAS OZON DI DALAM PENJERAP KALIUM
IODIDA DENGAN MENGGUNAKAN METODE SPEKTROSKOPI
DEDE YULIAS NURUL MIFTAH
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
Judul : Karakterisasi Gas Ozon Di dalam Penjerap Kalium Iodida dengan
Menggunakan Metode Spektroskopi
Nama : Dede Yulias Nurul Miftah
NRP : G74070048
Disetujui,
(Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si) (Mamat Rahmat, M.Si)
Pembimbing I Pembimbing II
Diketahui,
(Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si)
Kepala Departemen Fisika
Tanggal lulus :
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah Subhanahu wa Ta’ala, atas segala rahmat, nikmat
kesehatan, kekuatan dan karunia-Nya sehingga dapat menyelesaikan karya ilmiah ini
dengan topik karakterisasi gas ozon di dalam penjerap kalium iodida dengan
menggunakan metode spektroskopi. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat
kelulusan program sarjana di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat untuk semuanya. Kritik dan saran
yang membangun sangat penulis harapkan demi kemajuan dari aplikasi material yang
dikembangkan ini.
Bogor, Januari 2012
Dede Yulias Nurul Miftah
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Allah Subhanahu wa Ta’ala, atas segala rahmat, nikmat kesehatan, kekuatan dan
karunia-Nya.
2. Bapak Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si sebagai pembimbing utama penulis dalam
penelitian ini atas nasehat dan saran yang telah di berikan kepada penulis.
3. Bapak Mamat Rahmat, M.Si sebagai pembimbing kedua sekaligus sebagai ketua
tim, yang mengusulkan serangkaian proyek, sangat membantu dalam mengolah
data penelitian dan dengan sabar membimbing penulis selama penelitian.
4. Bapak Ir Hanedi Darmasetiawan sebagai tim editor yang telah banyak
memberikan masukan cara penulisan kepada penulis.
5. Bapak Dr Toni Ibnu dan Bu Ani sebagai penguji yang telah menyempatkan
waktunya dan memberikan masukan kepada penulis.
6. Bapak/Ibu, Adik dan Kakak yang selalu memberikan fasilitas beserta dukungan
do’a dan semangat kepada penulis.
7. Kementrian Pendidikan Nasional (Kemendiknas) yang telah memberikan
Beasiswa Unggulan sehingga penelitian ini berjalan dengan lancar.
8. Silvira Septiana, S.Pd yang selalu memberikan dukungan beserta semangat kepada
penulis.
9. Dita Rahayu, Arianti Tumanggor, Anggi dan Nissa, kalian selalu ada membantu
penulis ketika sedang melakukan penelitian, tanpa kalian penelitian ini terasa sepi,
tetap jaga kekompakan tim kita.
10. Kak Erus Rustami, Kak Wenny Maulina, Kak Azis, Kak Ais dan Kak Fabian,
kalian semua selalu memberikan inspirasi dan pencerahan ketika penulis sedang
mengalami ketidak pahaman tentang teori penelitian.
11. Izzatu Yazzidah dan Switenia Wanna Putri sahabat seperjuangan, sukses untuk
kalian semua.
12. Bu Eti, Pak Gamal, Pak Deni dan seluruh staf Laboratorium PPLH yang telah
bersedia membantu dan menyampaikan ilmu mengenai serangkaian kegiatan
penelitian ini.
13. Teman-teman fisika 42, 43, 44, 45, 46, 47 dan semua pihak yang tidak bisa saya
sebutkan satu per satu.
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tasikmalaya, 21 Juli 1988 dari
pasangan Abdul Patah dan Omah Rohmah. Merupakan anak
kedua dari tiga bersaudara. Penulis menyelesaikan pendidikan
dasar dari SDN 1 Cineam pada tahun 2001 dan pada tahun
2004, menamatkan pendidikan tingkat pertama dari SMPN 1
Cineam yang dilanjutkan dengan pendidikan atas di SMAN 1
Manonjaya Tasikmalaya.
Pada tahun 2007, penulis diterima sebagai mahasiswa
Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI (Undangan
Seleksi Masuk IPB) di Departemen Fisika.
Saat menjadi mahnnasiswa IPB, penulis tercatat sebagai
asisten praktikum Fisika Dasar, Elektronika Dasar S1 dan D3,
asisten Elektronika Lanjut, asisten Eksperimen Fisika II,
Pengajar fisika di MSC Education (2010), Statistic Center (2010-2011) dan Katalis Corp
(2010-2011). Selain itu penulis juga pernah aktif di Himpunan Mahasiswa Tasikmalaya
(HIMALAYA), Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) menjabat sebagai wakil ketua
pada tahun 2009.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ......................................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... ix
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................. x
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................. 1 1.1. Latar Belakang ............................................................................................. 1 1.2. Tujuan Penelitian ......................................................................................... 1 1.3. Manfaat Penelitian ....................................................................................... 1 1.4. Perumusan Masalah ..................................................................................... 1 1.5. Hipotesis ....................................................................................................... 1 1.6. Batasan Masalah ........................................................................................... 1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 1 2.1. Definisi ......................................................................................................... 1 2.2. Gas Ozon ...................................................................................................... 2
2.2.1. Dampak polusi ozon .............................................................................. 3
2.3. Metode Spektroskopi dan Hukum Beer-Lambert ....................................... 3 2.4. Kristal Fotonik ............................................................................................. 4
BAB III METODOLOGI .............................................................................................. 5 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ...................................................................... 5 3.2. Alat dan Bahan ............................................................................................. 5 3.3. Metode Pengukuran dan Pengujian .............................................................. 5
3.3.1. Menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon yang terjerap di
dalam larutan KI. .................................................................................. 5 3.3.2. Proses penjerapan gas ozon dan menentukan kurva real-time dengan
metode spektroskopi ............................................................................. 5
3.3.2.1. Pembilasan tabung ........................................................................... 5
3.3.2.2. Proses pengisian gas ozon ............................................................... 5
3.3.2.3. Penjerapan gas ozon dengan larutan KI dan pengambilan data
real-time .......................................................................................... 5
3.3.3. Pengenceran dan pembuatan kurva kalibrasi........................................ 6 3.3.4. Menentukan nilai α (koefisien absorpsi) untuk desain pembuatan
sensor kristal fotonik. ........................................................................... 7
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................... 6 4.1. Karakterisasi Absorpsi Gas Ozon dalam Larutan Penjerap KI .................... 6 4.2. Data Real-time dan Konsentrasi Gas Ozon yang Terjerap. .......................... 7 4.3. Kurva Kalibrasi dan Nilai Koefisien Absorpsi............................................. 9
4.4. Desain Sensor Kristal Fotonik Satu Dimensi ............................................... 10
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................ 11 5.1. Kesimpulan .................................................................................................. 11 5.2. Saran ............................................................................................................. 11
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... 11
LAMPIRAN .................................................................................................................. 13
vii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Nilai indeks standar pencemar udara ................................................................ 2
Tabel 2. Batas indeks standar pencemar udara untuk gas ozon ...................................... 2
Tabel 3. Panjang gelombang absorbsi gas ozon dalam larutan penjerap KI ................... 7
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Pengaturan alat spektrofotometer .................................................................. 3
Gambar 2. Prinsip penyerapan cahaya ............................................................................ 3
Gambar 3. Bentuk kristal fotonik berdasarkan arah penjalaran gelombang ................... 4
Gambar 4. Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal
fotonik satu dimensi tanpa defect ................................................................ 4
Gambar 5. Model kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect .................................. 4
Gambar 6. Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal fotonik
satu dimensi dengan defect .......................................................................... 5
Gambar 7. Ilustrasi perangkat sensor kristal fotonik mendeteksi larutan ....................... 5
Gambar 8. Perubahan transmitansi terhadap panjang gelombang gas ozon di dalam
larutan penjerap ........................................................................................... 6
Gambar 9. Karakteristik LED UV emitter ..................................................................... 7
Gambar 10.Perubahan intensitas cahaya terhadap waktu ketika gas
ozon dilewatkan ke dalam larutan KI. (a) pada tekanan
-40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa ........................................................... 7
Gambar 11. Hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap terhadap
waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa.
(b) pada tekanan -70 kPa. ......................................................................... 8
Gambar 12. Hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam
skala ppb terhadap waktu secara real-time. (a) pada
tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa. ............................................. 8
Gambar 13. Hubungan nilai ISPU dari gas ozon yang terjerap terhadap
waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa.
(b) pada tekanan -70 kPa. ......................................................................... 8
Gambar 14. Total konsentrasi gas ozon yang terjerap setiap menit
(a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa ................................ 9
Gambar 15. Kalibrasi hubungan transmitansi dan konsentrasi.
(a) pada tekanan -40 KPa. (b) pada tekanan -70 KPa. ............................. 10
Gambar 16. Linearitas untuk mendeteksi gas ozon dengan konsep
Beer-Lambert. (a) pada tekanan -40 KPa. (b) pada tekanan
-70 KPa. ................................................................................................... 10
Gambar 17. Desain PPB kristal fotonik pada panjang gelombang absorpi gas
ozon dalam larutan penjerap KI. ............................................................. 11
Gambar 18. Desain kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect. .............................. 11
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Data lapangan proses penjerapan dan perhitungan konsentrasi
gas ozon .......................................................................................... 14
Lampiran 2. Perhitungan menentukan nilai konsentrasi pada setiap
titik pengenceran. .......................................................................... 21
Lampiran 3. Perhitungan normalisasi menentukan nilai intensitas dari
transmitansi pada proses pengenceran. .......................................... 21
Lampiran 4. Konversi satuan nilai intensitas dari counts menjadi watt/m2 ........ 21
Lampiran 5. Perhitungan untuk menentukan nilai indeks standar pencemar
udara (ISPU) dari konsentrasi gas ozon yang terjerap.. ............... 22
Lampiran 6. Cara uji kadar oksidan dengan metode neutral buffer
kalium iodida (NBKI) menggunakan spektrofotometer ................ 23
Lampiran 7. Skema penjerapan gas ozon untuk menentukan panjang
gelombang absorpsi ........................................................................ 26
Lampiran 8. Skema pengujian dengan metode spektroskopi .............................. 27
Lampiran 9. Simulasi perubahan transmitansi terhadap perubahan indeks bias
larutan penjerap KI pada sensor kristal fotonik pendeteksi gas
ozon ................................................................................................ 28
Lampiran 10. Gambar – gambar alat yang digunakan ........................................ 29
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pada masa kini tingkat pencemaran udara
terus meningkat baik yang dihasilkan oleh
kendaraan bermotor, pembakaran hutan
maupun hasil dari mesin industri. Udara yang
tercemar dapat merusak lingkungan dan
berpotensi mengganggu kesehatan masyarakat
sekitar. Selain mengakibatkan pencemaran
lingkungan, dapat juga mengakibatkan global
warming, meningkatnya suhu bumi akibat
efek rumah kaca.1
Ozon terdiri atas tiga molekul oksigen dan
amat berbahaya pada kesehatan manusia.
Secara alamiah, ozon dihasilkan melalui
percampuran cahaya ultraviolet dengan
atmosfer bumi dan membentuk suatu lapisan
ozon pada lapisan stratosfer ketinggian 50
kilometer. Pada lapisan stratosfer bermanfaat
untuk menyaring ultraviolet yang dihasilkan
oleh sinar matahari tetapi pada lapisan
troposfer dapat membahayakan kelangsungan
mahluk hidup termasuk manusia. Ozon telah
menjadi suatu isu aktual karena kaitannya
dengan satu efek global pencemaran udara
yaitu penipisan lapisan ozon di atmosfer
bumi. Ozon merupakan salah satu pencemaran
udara yang terus meningkat konsentrasinya,
sehingga pengukuran ozon ini sangat penting
untuk dilakukan agar dapat diketahui tingkat
konsentrasi ozon di atmosfer.1
Metode pengukuran yang digunakan saat
ini adalah neutral buffer kalium iodida
(NBKI) sesuai dengan standar nasional
indonesia (SNI) untuk mengetahui konsentrasi
ozon di atmosfer, tetapi masih kurang efisien
masalah data yang tidak real-time, data yang
ditampilkan bukan pada saat itu tetapi
beberapa jam bahkan beberapa hari
sebelumnya. Dengan menggunakan sensor
berbasis kristal fotonik yang tersusun dari
bahan periodik dengan indek bias yang
berbeda, pengukuran dapat dilakukan secara
kontinu dan data yang diperoleh real-time
karena proses pengukuran yang cepat.2
1.2. Tujuan Penelitian a. Menentukan panjang gelombang absorpsi
gas ozon di dalam larutan penjerap.
b. Menentukan kurva real-time penjerapan
gas ozon dan menghitung konsentrasi gas
ozon yang bereaksi dengan larutan
penjerap.
c. Membuat kurva kalibrasi antara
transmitansi dengan konsentrasi gas ozon
yang terjerap. d. Menentukan nilai α (koefisien absorpsi)
untuk desain pembuatan sensor kristal
fotonik.
1.3. Manfaat Penelitian Penelitian ini bermanfaat untuk
mengetahui tingkat konsentrasi gas ozon yang
terjerap dalam larutan penjerap KI dan
menentukan desain sensor kristal fotonik
sebagai sensor gas ozon.
1.4. Perumusan Masalah Bagaimana menentukan kurva kalibrasi
pengukuran gas ozon di dalam larutan
penjerap KI menggunakan metode
spektroskopi untuk desain sensor kristal
fotonik ?
1.5. Hipotesis Variasi konsentrasi gas ozon yang terjerap
akan memberikan respon yang eksponensial
terhadap transmitansi ketika dilewatkan
gelombang elektromagnetik dengan panjang
gelombang tertentu.
1.6. Batasan Masalah Penelitian ini meliputi uji penentuan
panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam
larutan penjerap KI, pengukuran konsentrasi
gas ozon, sampai penentuan kurva kalibrasi
sebagai dasar pembuatan sensor kristal
fotonik untuk mendeteksi gas ozon.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Definisi Pencemaran udara adalah akibat dari
adanya satu atau lebih substansi fisik, kimia,
atau biologi di atmosfer dalam jumlah yang
dapat membahayakan kesehatan manusia,
hewan, dan tumbuhan, mengganggu estetika
dan kenyamanan, atau merusak properti.
Pencemaran udara dapat ditimbulkan oleh
sumber-sumber alami maupun kegiatan
manusia.2
Indeks standar pencemar udara (ISPU)
adalah angka yang tidak mempunyai satuan
yang menggambarkan kondisi kualitas udara
lingkungan di lokasi dan waktu tertentu yang
didasarkan kepada dampak terhadap
kesehatan manusia, nilai estetika dan makhluk
hidup lainnya.2 Rentang dan batas dari nilai
indeks dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2.
2
Tabel 1 Nilai indeks standar pencemar udara.
2
Kategori Rentang Penjelasan
Baik
0 – 50
Tingkat kualitas yang tidak memberikan efek bagi
kesehatan manusia atau hewan dan tidak
berpengaruh pada tumbuhan, bangunan ataupun
nilai estetika
Sedang
51 – 100
Tingkat kualitas udara yang tidak berpengaruh
pada kesehatan manusia ataupun hewan tetapi
berpengaruh pada tumbuhan yang sensitif, dan
nilai estetika
Tidak Sehat
101 – 199
Tingkat kualitas udara yang bersifat merugikan
pada manusia ataupun kelompok hewan yang
sensitif atau bisa menimbulkan kerusakan pada
tumbuhan ataupun nilai estetika
Sangat Tidak Sehat
200 – 299
Tingkat udara yang dapat merugikan kesehatan
pada sejumlah segmen populasi yang terpapar
Berbahaya
300 – lebih
Tingkat kualitas udara berbahaya yang secara
umum dapat merugikan kesehatan yang serius
pada populasi
Tabel 2 Batas indeks standar pencemar udara
untuk gas ozon.2
Indeks standar
pencemar udara
1 jam O3
µg/m3
50 120
100 235
200 400
300 800
400 1000
500 1200
Udara lingkungan merupakan udara bebas
di permukaan bumi pada lapisan troposfer
yang dibutuhkan dan mempengaruhi
kesehatan manusia, mahluk hidup dan unsur
lingkungan hidup lainnya.3
2.2. Gas Ozon Ozon memiliki bau yang menyengat
sehingga keberadaannya mudah diketahui
walaupun dalam konsentrasi yang rendah.
Ozon adalah gas yang secara alami terdapat di
dalam atmosfer. Masing-masing molekul ozon
terdiri dari tiga buah atom oksigen dan
dinyatakan sebagai O3. Ozon bisa dijumpai di
dua wilayah atmosfer. Sekitar 10% ozon
berada di lapisan troposfer, yaitu wilayah
atmosfer yang paling dekat dengan
permukaan bumi dengan ketinggian 10-16
kilometer. Sekitar 90% ozon berada di lapisan
stratosfer, yaitu wilayah atmosfer yang
terletak mulai dari puncak troposfer hingga
ketinggian sekitar 50 kilometer. Ozon yang
berada di stratosfer sering kali disebut lapisan
ozon.4
Konsentrasi molekul-molekul ozon di
atmosfer jauh lebih sedikit dibandingkan
dengan gas-gas lainnya seperti oksigen (O2)
dan nitrogen (N2). Di lapisan stratosfir
disekitar puncak lapisan ozon, terdapat sekitar
12 molekul ozon untuk setiap satu juta
molekul udara. Di lapisan troposfer dekat
permukaan bumi, konsentrasi ozon lebih
sedikit, berkisar antara 0.02 hingga 0.1
molekul ozon untuk setiap satu juta molekul
udara. Konsentrasi tertinggi ozon permukaan
berasal dari udara yang tercemar oleh aktivitas
manusia.4
2.2.1. Dampak polusi ozon Ozon adalah gas beracun sehingga bila
berada dekat permukaan tanah berbahaya bila
terhisap dan dapat merusak paru-paru.
Sebaliknya, lapisan ozon di stratosfer
melindungi kehidupan di bumi karena
menyaring sinar ultraviolet yang dapat
menyebabkan kanker.5
Dampak ozon terhadap kesehatan manusia
adalah konsentrasi 0.3 ppm selama 8 jam
menyebabkan iritasi pada mata, konsentrasi
0.3 – 1 ppm (part per million) selama 3 menit
sampai dengan 2 jam memberikan reaksi
seperti tercekik, batuk, kelesuan dan
3
konsentrasi 1.5 – 2 ppm selama 2 jam
mengakibatkan sakit dada, batuk-batuk, sakit
kepala, kehilangan koordinasi serta sulit
ekspresi dan gerak.5
Walaupun ozon pada atmosfer teratas
melindungi bumi dari sinar ultraviolet yang
berbahaya, ozon yang mendekati permukaan
tanah membahayakan makhluk hidup karena
ozon merupakan oksidan potensial dan
berkontribusi bagi kabut asap fotokimia.
Selama bulan-bulan musim panas, gas ozon
bisa menjadi semakin rendah keberadaannya,
memperburuk kondisi-kondisi seperti asma
pada orang-orang yang rentan. Ini juga
dianggap mengganggu fotosintesis dan telah
dibuktikan menghambat pertumbuhan
beberapa tanaman pangan.6
2.3. Metode Spektroskopi dan Hukum
Beer-Lambert Spektroskopi adalah ilmu yang
mempelajari materi dan atributnya
berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang
dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh
materi tersebut. Spektroskopi juga dapat
didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari
interaksi antara cahaya dan materi. Interaksi
dari energi radiasi dengan bahan adalah
merupakan dasar dari teori spektroskopi.
Radiasi yang berasal dari sinar terdiri dari
beberapa panjang gelombang dari yang sangat
pendek sampai yang sangat panjang.7
Spektrofotometer adalah instrumen yang
digunakan untuk menghasilkan spektrum
optik, baik spektrum emisi, spektrum
absorpsi, spektrum transmisi dari sebuah
benda atau objek.8
Spektroskopi UV-Vis adalah teknik
analisis spektroskopik yang memakai sumber
REM (radiasi elektromagnetik) ultraviolet
dekat (190-380 nm) dan sinar tampak (380-
780 nm) dengan memakai instrumen
spektrofotometer. Spektroskopi UV-Vis
melibatkan energi elektronik yang cukup
besar pada molekul yang dianalisis, sehingga
spektroskopi UV-Vis lebih banyak dipakai
untuk analisis kuantitatif dibandingkan
kualitatif.9
Gambar 1 Pengaturan alat spektrofotometer.8
Susunan komponen dan prinsip kerja dari
spektrofotometer ditunjukan pada Gambar 1
sumber cahaya polikromatik dihasilkan dari
sumber cahaya, kemudian dilewatkan pada
monokromator (prisma atau kisi difraksi)
sehingga menjadi cahaya monokromatik,
cahaya diteruskan pada sampel sehingga
intensitas cahaya berkurang karena adanya
penyerapan oleh sampel kemudian dideteksi
oleh fotodetektor dan diproses beserta
ditampilkan pada interface komputer.8
Menurut hukum beer-lambert, serapan
berbanding lurus dengan ketebalan bahan
yang disinari dan hanya berlaku untuk cahaya
monokromatik dan larutan yang encer.10
Berkas cahaya yang datang pada medium
dengan daya Po dan yang menembus medium
dengan daya P. Jumlah sinar yang diserap atau
diteruskan oleh suatu larutan adalah
merupakan suatu fungsi eksponensial dari
konsentrasi larutan dan ketebalan larutan yang
disinari.7
Gambar 2 Prinsip penyerapan cahaya.
11
Transmitansi didefinisikan sebagai nisbah
daya cahaya yang ditransmisikan melewati
sampel terhadap daya cahaya datang, yang
diukur pada panjang gelombang yang sama
(Gambar 2).
………………………...…...…(1)
Keterangan :
T Transmitansi (%)
P Daya cahaya setelah menembus medium
/ bahan (watt)
Po Daya cahaya yang datang (watt)
Besar daya cahaya yang hilang sebanding
dengan Po, ketebalan medium berupa larutan
dan sebuah konstanta absorpsivitas (α).
Absorpsivitas atau koefisien absorpsi
merupakan karakteristik material dan fungsi
panjang gelombang.9
Persamaan Beer-
Lambert :
…………………….….(2)
Keterangan :
Po Daya cahaya yang datang (watt)
P Daya cahaya setelah menembus medium
/ bahan (watt)
4
α koefisien absorpsi (m2/μg)
x ketebalan medium / bahan (m)
c konsentrasi larutan (μg/m3)
Panjang gelombang yang digunakan
untuk melakukan analisis kuantitatif suatu zat
biasanya merupakan panjang gelombang yang
menghasilkan serapan yang maksimum, sebab
keakuratan pengukurannya menjadi lebih
besar. Hal tersebut dapat terjadi karena pada
panjang gelombang maksimum bentuk
serapan pada umumnya landai sehingga
perubahan yang tidak terlalu besar pada kurva
serapan tidak menyebabkan kesalahan
pembacaan yang terlalu besar pula (dapat
diabaikan).12
2.4. Kristal Fotonik Kristal fotonik adalah material dielektrik
yang memiliki indeks bias atau permitivitas
berbeda secara periodik, sehingga dapat
mencegah perambatan cahaya dengan
frekuensi dan arah tertentu.13
Kristal fotonik
paling sederhana dibuat dari dua medium
berseling yang transparan dengan indek bias
yang berbeda.14
Kristal fotonik dalam penjalaran
gelombangnya dapat dibedakan yaitu satu
dimensi, dua dimensi dan tiga dimensi seperti
terlihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Bentuk kristal fotonik berdasarkan
arah penjalaran gelombang.15
Interferensi antara gelombang transmisi
dengan refleksi dapat mengakibatkan
pemblokiran perambatan gelombang
elektromagnetik pada rentang panjang
gelombang tertentu. Rentang ini dikenal
dengan istilah photonic band gap (PBG).16
Kurva dari PBG dapat dilihat pada Gambar 4
dengan hubungan antara panjang gelombang
dengan transmitansi.
Struktur kristal fotonik didesain memiliki
satu atau lebih lapisan defect (cacat), yaitu
lapisan yang memiliki ketebalan optik
berbeda dengan ketebalan lapisan reguler,
sehingga muncul fenomena photonic pass
band (PPB) seperti terlihat pada Gambar 6.
Gambar 4 Hubungan transmitansi dan
panjang gelombang pada
kristal fotonik satu dimensi
tanpa defect.17
Pada penelitian ini yang akan
menggunakan adalah kristal fotonik satu
dimensi dengan dua defect agar sensitivitas
dari sensor ini meningkat. Model kristal
fotonik satu dimensi dengan dua defect seperti
pada Gambar 5, pada defect pertama dibuat
dua kali ketebalan indek bias yang tinggi, dan
defect kedua dibuat kosong untuk sampel
yang akan diuji. Fenomena PBB ini
mengakibatkan ada gelombang
elektromagnetik yang diteruskan dalam
rentang PBG (Gambar 6).16
Gambar 5 Model kristal fotonik satu dimensi
dengan dua defect.18
Gambar 6 Hubungan transmitansi dan
panjang gelombang pada
kristal fotonik satu dimensi
dengan defect.18
Karakteristik PPB tersebut sangat sensitif
terhadap perubahan indeks bias material pada
lapisan defect. Fenomena inilah yang
dimanfaatkan untuk pembuatan sensor optik
berbasis kristal fotonik, material sampel yang
dideteksi diperlakukan sebagai lapisan defect
(Gambar 7).
2-D
periodic in two directions
3-D
periodic in three directions
1-D
periodic in one direction
5
Gambar 7 Ilustrasi perangkat sensor kristal
fotonik mendeteksi larutan.18
Prinsip kerja dari sensor ini adalah
dengan merambatkan gelombang
elektromagnetik yang dihasilkan dari sumber
cahaya melewati kristal fotonik disisipi
material sampel pada defect kedua, kemudian
diterima oleh fotodetektor yang mengubahnya
menjadi tegangan listrik. Tegangan keluaran
dari fotodetektor sangat kecil sehingga
tegangan tersebut diperkuat oleh rangkaian
penguat. Tegangan yang dihasilkan pada
prinsipnya dapat dikonversi dan dikalibrasi ke
dalam satuan parameter yang dibutuhkan.16
BAB III
METODOLOGI
3.1. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan mulai bulan
Desember 2010 hingga Desember 2011 di
Laboratorium Biofisika, Laboratorium Fisika
Material Departemen Fisika, Pusat Penelitian
Lingkungan Hidup (PPLH), yang seluruhnya
berkedudukan di Institut Pertanian Bogor.
3.2. Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada penelitian ini
adalah tabung isolasi gas berkapasitas 5 liter,
tabung penjerap, pompa vakum, sumber ozon
(ozonizer), ocean optic spectrophotometer
USB 4000 UV-VIS, perangkat komputer, LED ultraviolet (UV) 355 nm, termometer digital,
flowmeter, cuvette, pipet, gelas ukur, tabung
centrifuge dan beaker glass. Sedangkan bahan
yang digunakan adalah aquades dan larutan
penjerap KI.
3.3. Metode Pengukuran dan Pengujian Metode pengukuran gas ozon pada
penelitian ini dengan metode spektroskopi di
Laboratorium Fisika Material Departemen
Fisika dan hasil pengujian dibandingkan
dengan hasil analisis kimia yang di uji di
Laboratorium PPLH Institut Pertanian Bogor.
Analisis spektroskopi ini mengacu pada
standar nasional indonesia (SNI) tentang cara
uji kadar oksidan dengan metoda neutral
buffer kalium iodida (NBKI) menggunakan
spektrofotometer (Lampiran 6).
.3.1. Menentukan panjang gelombang
absorpsi gas ozon yang terjerap
di dalam larutan KI Larutan penjerap dipersiapkan sebanyak
10 ml dan dimasukan ke dalam tabung
penjerap yang telah disambungkan dengan
pompa vakum dilakukan penghisapan dengan
udara lingkungan selama satu jam. Hasil dari
pengujian dianalisis dengan spektrofotometer
untuk mendapatkan panjang gelombang
dengan transmitansi yang paling besar
perubahannya.
3.3.2. Proses penjerapan gas ozon dan
menentukan kurva real-time
dengan metode spektroskopi
3.3.2.1. Pembilasan tabung Tabung isolasi dihisap dengan pompa
vakum sampai tekanan -80 kPa (tanda negatif
menunjukkan di bawah tekanan lingkungan),
kemudian diisi dengan udara lingkungan
sampai tekanan 0 kPa (sama dengan tekanan
lingkungan).
3.3.2.2. Proses pengisian gas ozon Tabung isolasi kembali dihisap dengan
pompa vakum sampai tekanan -40 kPa
(perlakuan pertama) dan -70 kPa (perlakuan
kedua), kemudian gas ozon yang dihasilkan
oleh ozonizer dimasukan ke dalam tabung
dengan laju alir 2 liter/menit sampai tekanan
tabung 0 kPa.
3.3.2.3. Penjerapan gas ozon dengan
larutan KI dan pengambilan
data real-time Sumber cahaya LED UV dipasang pada
ulir tabung penjerap dan serat optik yang telah
dihubungkan dengan ocean optic
spectrophotometer USB 4000 UV-VIS
dipasang pada ulir sebelahnya, kemudian
tabung penjerap dihubungkan dengan tabung
gas menggunakan selang. Keran-keran yang
dihubungkan dengan tabung penjerap dibuka
dan gas ozon dalam tabung gas dialirkan
dengan bantuan pompa sirkulasi dengan laju
alir 0,4 liter/menit selama 30 menit. Data
diamati dan dicatat pada panjang gelombang
absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap
setiap 1 menit adalah transmitansi, suhu,
kelembaban, laju alir dan tekanan. Setelah
penjerapan selesai kurva real-time hubungan
antara intensitas dan waktu dapat dibuat dan
dianalisis.
6
3.3.3. Pengenceran dan pembuatan
kurva kalibrasi a) Optimalisasi alat spektrofotometer sesuai
dengan petunjuk penggunaan alat.
b) Larutan penjerap 10 mL yang sudah
dilakukan penjerapan dibagi dua, 5 mL
pertama disimpan dalam tabung
centrifuge untuk dianalisis di Lab PPLH
IPB sehingga mendapatkan nilai
konsentrasi gas ozon yang terjerap.
c) Sisa sampel 5 mL dimasukan ke dalam
gelas ukur dan di uji transmitansinya
dengan menggunakan spektrofotometer
terlebih dahulu sebagai “sampel murni”
sebelum dencerkan. Sampel diamati pada
panjang gelombang absorpsi gas ozon
dalam larutan penjerap.
d) Setiap kali penambahan larutan penjerap
murni sebanyak 1 mL data transmitansi
dicatat.
e) Setiap kali penambahan larutan penjerap
murni sebanyak 5 mL sampel di bagi dua
5 mL pertama disimpan dalam tabung
centrifuge untuk dianalisis di Lab PPLH
IPB sebagai “sampel 1” dan seterusnya.
f) Pengenceran dilakukan sampai nilai
transmitansi mendekati 100%.
g) Kurva kalibrasi dapat dibuat hubungan
antara transmitansi dan konsentrasi.
3.3.4. Menentukan nilai α (koefisien
absorpsi) untuk desain
pembuatan sensor kristal fotonik Nilai α dapat ditentukan dari persamaan
regresi kurva kalibrasi hubungan antara
transmitansi dan konsentrasi. Hal ini
mengikuti persamaan Beer-Lambert sehingga
nilai α dapat diperoleh untuk mendesain
pembuatan sensor kristal fotonik pendeteksi
gas ozon.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Karakterisasi Absorpsi Gas Ozon
dalam Larutan Penjerap KI Untuk menjerap gas ozon menggunakan
larutan kalium iodida (KI) sesuai dengan
metode NBKI. Gas ozon bereaksi dengan ion
iodida dan membebaskan iod yang berwarna
kuning muda. Hal ini menjadi dasar untuk
menentukan panjang gelombang absorpsi gas
ozon untuk pembuatan sensor kristal fotonik.
Spektrum absorpsi paling besar untuk gas
ozon ketika dilewatkan pada larutan penejerap
KI ditampilkan pada Gambar 8. T1 adalah
transmitansi ulangan pertama, T2 adalah
transmitansi ulangan kedua dan selanjutnya.
Secara keseluruhan selang panjang gelombang
untuk serapan gas ozon berada pada 310 –
400 nm (daerah ultraviolet) dengan puncak
serapan masing-masing berbeda tetapi tidak
signifikan ditunjukan pada Tabel 3. Diperoleh
panjang gelombang rata-rata serapan gas ozon
adalah 351.58 nm dan panjang gelombang ini
dijadikan sebagai acuan pembuatan sensor
kristal fotonik. PPB kristal fotonik untuk
mendeteksi gas ozon dalam larutan penjerap
spesifik pada panjang gelombang tersebut.
Sumber cahaya yang digunakan berupa
LED UV di uji dengan spektrofotometer dan
spektrumnya ditampilkan pada Gambar 9.
Spektrum emisi LED berada pada selang
panjang gelombang antara 330 – 390 nm dan
puncak intensitas berada pada panjang
gelombang 355.52 nm.
Gambar 8 Perubahan transmitansi terhadap panjang gelombang gas ozon di dalam larutan
penjerap.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
300 320 340 360 380 400 420 440
Tra
nsm
itan
si (
%)
Panjang gelombang (nm)
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
T8
T9
7
Tabel 3 Panjang gelombang absorpsi gas
ozon dalam larutan penjerap KI.
Transmitansi
Ke
Panjang Gelombang
(nm)
T1 355.32
T2 349.50
T3 353.66
T4 353.86
T5 347.22
T6 353.24
T7 345.14
T8 351.79
T9 354.49
Rata-rata 351.58
Gambar 9 Karakteristik LED UV emitter.
Sedangkan panjang gelombang absorpsi gas
ozon dalam larutan penjerap KI pada 351.58
nm. Panjang gelombang ini masih berada
pada selang panjang gelombang emisi LED,
sehingga LED ini bisa digunakan pada
penelitian.
4.2. Data Real-time dan Konsentrasi
Gas Ozon yang Terjerap. Data real-time ini menunjukkan
konsentrasi gas ozon yang terjerap pada setiap
waktu, sehingga konsentrasi gas ozon yang
terjerap dapat diketahui secara langsung tidak
harus menunggu waktu yang lama dalam
pengujian dan analisis sampel di laboraturium.
Hal ini yang menjadi kelebihan dibandingkan
metode NBKI secara konvensional (Lampiran
6).
Proses ini dilakukan dengan beberapa
perlakuan, pada perlakuan pertama gas ozon
dimasukan pada tekanan -40 kPa sampai
tekanan 0 kPa ditunjukan pada Gambar 10a.
Intensitas menurun sebagai fungsi waktu,
pada menit pertama sampai menit ke-20
intensitas mengalami penurunan menunjukkan
ada gas ozon yang terjerap dalam larutan KI
meningkat. Pada menit ke-21 tidak mengalami
perubahan secara signifikan, gas ozon tidak
ada yang terjerap lagi karena gas ozon di
dalam tabung isolasi sudah habis.
Pada perlakuan kedua dilakukan pada
waktu yang berbeda dan tempat yang sama.
Gas ozon diisi pada tekanan -70 kPa sampai
tekanan 0 kPa, konsentrasi gas ozon yang
dimasukan ke dalam tabung isolasi lebih besar
dibandingkan perlakuan sebelumnya (Gambar
10b). Pada menit ke-22 dan 23 intensitas
mengalami kenaikan, hal ini terjadi karena
kesalahan teknis pada alat pengujian. Secara
keseluruhan transmisi mengalami penurunan
seiring kenaikan gas ozon yang terjerap dalam
larutan KI. Proses penjerapan gas ozon
dengan larutan penjerap KI bersifat
akumulatif, semakin lama waktu penjerapan
larutan penjerap semakin tinggi (Gambar 10).
Saat penjerapan gas ozon di dalam larutan
penjerap dan saat proses pengenceran
menggunakan sumber cahaya yang berbeda,
sehingga harus dilakukan proses normalisasi
untuk mendapatkan nilai konsentrasi secara
real-time dari kurva kalibrasi (Lampiran 1).
(a)
(b)
Gambar 10 Perubahan intensitas cahaya
terhadap waktu ketika gas
ozon dilewatkan ke dalam
larutan KI. (a) pada tekanan -
40 kPa. (b) pada tekanan -70
kPa.
Konsentrasi gas ozon yang terjerap setiap
menit dapat ditampilkan pada kurva
perubahan konsentrasi terhadap perubahan
waktu (Gambar 11) yang berkebalikan dengan
kurva perubahan intensitas cahaya terhadap
waktu penjerapan (Gambar 10). Hal ini karena
semakin besar konsentrasi gas ozon yang
terjerap mengakibatkan intensitas cahaya yang
0.00E+00
5.00E+04
1.00E+05
1.50E+05
2.00E+05
300 350 400
Inte
nsi
tas
(wat
t/m
2)
Panjang gelombang (nm)
0.00E+00
1.00E+04
2.00E+04
3.00E+04
4.00E+04
0 10 20 30
Inte
nsi
tas
(wat
t/m
2)
Waktu (menit)
0.00E+00
1.00E+04
2.00E+04
3.00E+04
0 10 20 30
Inte
nsi
tas
(wat
t/m
2)
Waktu (menit)
8
(a)
(b)
Gambar 11 Hubungan konsentrasi gas ozon
yang terjerap terhadap waktu
secara real-time. (a) pada tekanan
-40 kPa. (b) pada tekanan -70
kPa.
ditransmisikan semakin kecil. Pada menit
pertama sampai menit ke-23 konsentrasi gas
ozon yang terjerap mengalami kenaikan, pada
menit selanjutnya mengalami penurunan
intensitas dengan perubahan yang sangat kecil
dan hal ini dianggap bahwa tidak ada
perubahan konsentrasi secara signifikan.
Secara keseluruhan kurva hubungan antara
konsentrasi dengan waktu (Gambar 11a)
memiliki trend naik secara eksponensial, dan
mendekati titik jenuh larutan ketika secara
terus-menerus dilakukan penjerapan.
Perlakuan kedua mengalami fenomena yang
sama, memiliki bentuk kurva yang naik
(Gambar 11b). Konsentrasi gas ozon yang
terjerap semakin lama semakin tinggi
konsentrasinya.
Kurva real-time dapat ditampilkan juga
hubungan antara konsentrasi dalam ppb (part
per billion) terhadap waktu (Gambar 12).
Secara umum data konsentrasi gas ozon yang
terjerap ditampilkan dalam satuan ppb.
Konsentrasi dalam satuan ppb setara dengan
satuan μg/m3, sehingga bentuk kurva real-
time hubungan konsentrasi gas ozon yang
terjerap terhadap waktu (Gambar 11) sama
dengan kurva real-time hubungan konsentrasi
gas ozon yang terjerap dalam skala ppb
terhadap waktu (Gambar 12). Selain dalam
bentuk satuan ppb, konsentrasi gas ozon juga
dapat ditampilkan dalam skala ISPU (Gambar
(a)
(b)
Gambar 12 Hubungan konsentrasi gas ozon
yang terjerap dalam skala ppb
terhadap waktu secara real-time.
(a) pada tekanan -40 kPa. (b)
pada tekanan -70 kPa.
(a)
(b)
Gambar 13 Hubungan nilai ISPU dari gas
ozon yang terjerap terhadap
waktu secara real-time. (a)
pada tekanan -40 kPa. (b) pada
tekanan -70 kPa.
13). Nilai ISPU tertinggi 34.91 (Gambar 14a)
sedangkan nilai ISPU pada selang 0 – 50
dinyatakan bahwa kualitas udara masih
dikategorikan baik (Tabel 1).
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30Ko
nse
ntr
asi
(μg/m
3)
Waktu (menit)
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30Ko
nse
ntr
asi
(μg/m
3)
Waktu (menit)
0
20
40
60
80
100
0 10 20 30
Ko
nse
ntr
asi
(pp
b)
Waktu (menit)
0
10
20
30
40
50
60
0 10 20 30
Ko
nse
ntr
asi
(pp
b)
Waktu (menit)
0
10
20
30
40
0 10 20 30
ISP
U
Waktu (menit)
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30
ISP
U
Waktu (menit)
9
Pengujian gas ozon secara kovensional,
daftar data ditampilkan setelah beberapa jam
kemudian dari pengambilan sampel dan data
yang ditampilkan adalah data akumulatif
selama penjerapan dilakukan. Pada penelitian
ini data konsentrasi yang terjerap setiap menit
dapat ditampilkan sehingga informasi yang
disampaikan dapat secara real-time.
Pada Gambar 14a, menunjukkan
konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam
larutan penjerap. Pada menit pertama gas
ozon yang terjerap sangat kecil dan pada
menit ke-2 konsentrasi yang terjerap cukup
besar, fenomena ini terjadi dikarenakan alat
yang belum stabil pada awal pengukuran
sehingga memerlukan waktu untuk
beradaptasi sampai kondisi stabil. Pada proses
penjerapan gas ozon dimasukan dalam tabung
isolasi kemudian dilewatkan pada tabung
penjerap yang berisi larutan penjerap KI
dengan bantuan pompa sirkulasi, sehingga
semakin lama konsentrasi gas ozon dalam
tabung isolasi berkurang seiring dengan
proses penjerapan (Gambar 14a). Konsentrasi
gas ozon di dalam tabung isolasi yang terjerap
(a)
(b)
Gambar 14 Total konsentrasi gas ozon yang
terjerap setiap menit (a) pada
tekanan -40 kPa. (b) pada
tekanan -70 kPa.
setiap menit terus berkurang sampai suatu saat
habis.
Pada Gambar 14b, pada menit ke-20
konsentrasi yang terjerap mengalami
kenaikan. Secara keseluruhan trend kurva
konsentrasi gas ozon yang terjerap pada setiap
menit adalah menurun (Gambar 14). Pada
penjerapan gas ozon di udara lingkungan tidak
ada batasan bentuk kurva dari konsentrasi gas
ozon yang terjerap setiap menit, karena gas
ozon di udara tidak dapat diperkirakan
perubahan setiap saatnya.
4.3. Kurva Kalibrasi dan Nilai
Koefisien Absorpsi Pengenceran dan validasi data konsentrasi
gas ozon yang terjerap berdasarkan data Lab
PPLH IPB (Lampiran 1). Kurva kalibrasi
antara transmitansi dan konsentrasi (Gambar
15) menunjukkan bahwa konsentrasi gas ozon
yang terjerap semakin besar sehingga
mengakibatkan cahaya yang diteruskan
semakin kecil karena diserap oleh larutan
pada panjang gelombang absorpsi gas ozon
dalam larutan KI. Hasil perhitungan
konsentrasi dengan pengujian di PPLH IPB
ditunjukan pada Gambar 15, semakin besar
konsentrasi gas ozon yang terjerap semakin
kecil cahaya yang ditransmisikan dan
perubahan ini terjadi secara eksponensial.
Pada penelitian ini memanfaatkan perubahan
konsentrasi dan ketebalan dibuat tetap.
Koefisien absorpsi merupakan sifat
penyerapan cahaya oleh larutan, hal ini
menandakan bahwa seberapa besar larutan
tersebut menyerap cahaya saat dilewatkan.
Berdasarkan pada Gambar 15, diperoleh rata-
rata koefisien absorpsi 43.5 m2/μg dari
persamaan garis sesuai dengan persamaan
Beer-Lambert dan nilai ini digunakan sebagai
dasar untuk desain kristal fotonik untuk
mendeteksi gas ozon sesuai dengan panjang
gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan
penjerap. Berdasarkan kurva kalibrasi dapat diambil
linearitas karakteristik sensor pada selang
konsentrasi tertentu. Gambar 16 menunjukkan
kurva hasil linearitas dengan selang
konsentrasi sekitar 1.5 – 17 μg/m3
dan dengan
menggunakan metode spektroskopi diperoleh
nilai rata-rata sensitivitas sekitar 0.0312
%/(μg/m3), satuan dinyatakan dalam persen
per konsentrasi.
0
2
4
6
8
10
0 10 20 30Ko
nse
ntr
asi
(μg/m
3)
Waktu (menit)
0
2
4
6
8
0 10 20 30
Ko
nse
ntr
asi
(μg/m
3)
Waktu (menit)
10
(a)
(b)
Gambar 15 Kalibrasi hubungan transmitansi dan konsentrasi. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada
tekanan -70 kPa.
(a)
(b)
Gambar 16 Linearitas untuk mendeteksi gas
ozon dengan konsep Beer-
Lambert. (a) pada tekanan -40
kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.
4.4. Desain Sensor Kristal Fotonik Satu
Dimensi Simulasi dengan bantuan software filmstar
dilakukan sebelum melakukan fabrikasi.
Puncak transmitansi PPB pada kristal fotonik
di desain pada panjang gelombang absorpsi
gas ozon dalam larutan penjerap KI yaitu 352
nm (Gambar 17). Sehingga sensor berbasis
kristal fotonik satu dimensi untuk mendeteksi
gas ozon spesifik pada panjang gelombang
absorpsinya.
Sensor kristal fotonik dibuat dengan
lapisan tipis dengan pola M=5, N=6 dan L=1.
Lapisan defect pertama dibuat tetap
dengandua kali ketebalan indeks bias tinggi
(high index) yang berfungsi sebagai regulator
dan defect kedua dikosongkan yang berfungsi
sebagai reseptor, untuk pendeteksian sampel
yang dilewatkan. Material yang digunakan
adalah OS-5 dengan indeks bias 2.1 (high
index) dan MgF2 dengan indeks bias 1.38 (low
index). Substrat-1 (S1) dan substrat-2 (S2)
menggunakan material BK-7 dengan indeks
bias 1.52 (Gambar 18).
y = 116.67e-0.041x
R² = 0.999
y = 86.761e-0.039x
R² = 0.971
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100
Tra
nsm
itan
si (
%)
konsentrasi (μg/m3)
Hasil Perhitungan
Validasi PPLH
y = 107.93e-0.046x
R² = 0.9955
y = 94.69e-0.047x
R² = 0.9954
0
20
40
60
80
100
120
0 20 40 60
Tra
nsm
itan
si (
%)
konsentrasi (μg/m3)
Hasil Perhitungan
Validasi PPLH
y = -0.0301x + 2.086 R² = 0.9841
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 5 10 15 20
Log (
T)
Konsentrasi (μg/m3)
y = -0.0323x + 2.042 R² = 0.9984
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 5 10 15 20
Log (
T)
Konsentrasi (μg/m3)
11
Gambar 17 Desain PPB kristal fotonik pada panjang gelombang absorpi gas ozon dalam larutan
penjerap KI.
Gambar 18 Desain kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan Panjang gelombang absorpsi gas ozon
dalam larutan KI berada pada daerah
ultraviolet yaitu 351.58 nm.
Data real-time menunjukkan nilai
konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam
larutan KI, memberikan respon yang
eksponensial terhadap perubahan intensitas
cahaya yang dilewatkan.
Konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam
larutan KI dapat ditentukan melalui
pengenceran sampel dan membandingkan data
hasil analisis dari Lab PPLH. Semakin sedikit
cahaya yang diteruskan maka konsentrasi gas
ozon yang terjerap semakin besar, sehingga
kurva kalibrasi hubungan antara konsentrasi
dengan transmitansi dapat ditentukan.
Konsentrasi gas ozon yang terjerap semakin
lama semakin tinggi dan transmitansi semakin
rendah.
Koefisien absorpsi gas ozon di dalam
larutan penjerap KI ditentukan dari persamaan
garis pada kurva kalibrasi diperoleh 43.5
m2/μg dan nilai ini menjadi dasar desain
pembuatan sensor kristal fotonik untuk
mendeteksi gas ozon dengan panjang
gelombang absorpsinya.
5.2. Saran Penelitian selanjutnya diharapkan
pengukuran gas ozon tanpa menggunakan
reagent dan membuat luas penampang sensor
berukuran lebih besar sehingga peluang
partikel terdeteksi lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA
1. [Anonim]. Dampak polusi udara. 1 April
2010. web. 20 Oktober 2010. <http://wart
awarga.gunadarma.ac.id/2010/04/dampak
-polusi-udara-2/>
2. [BAPEDAL] Badan Pengendalian
Dampak Lingkungan. 1998. Pedoman
Teknis Perhitungan dan Pelaporan Serta
Informasi Indeks Standar Pencemar
Udara ISPU).
3. [SNI] Standar Nasional Indonesia. 2005.
Udara ambien – Bagian 8: cara uji kadar
oksidan dengan metoda neutral buffer
kalium iodida (NBKI) menggunakan
spektrofotometer. SNI 19-7119.8-2005.
Jakarta : Badan Standarisasi Nasional.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
300 350 400
Tra
nsm
itan
si (
%)
Tra
nsm
itan
si (
%)
Panjang gelombang (nm)
Panjanggelombangoperasi
PPB kristalfotonik
12
4. [Anonim]. Lapisan ozon. Asdep Urusan
Pengendalian Dampak Perubahan Iklim
Kementerian Negara Lingkungan Hidup
Republik Indonesia. 2010. Web. 20
Oktober 2010. <http://www.ozonindonesi
a.org/index.php?table=ozon&view=true&
no=2>
5. West B, Sandman PM, Greenberg MR.
1998. Paduan Pemberitaan Lingkungan
Hidup. Yayasan Obor Indonesia.
6. Soetrisno. Peringatan polusi global ozon.
24 Oktober 2008. Web. 20 Oktober
2010.<http://www.chem-is-
try.org/artikel_kimia/kimia_lingkungan/p
eringatan-polusi-ozon-global/>
7. Winarno FG, Fardiaz D, Fardiaz S. 1973.
Spektroskopi. Bogor : Departemen
Teknologi Hasil Pertanian, IPB.
8. Maddu A. 2010. Pedoman praktikum
eksperimen fisika II. Bogor :
Laboraturium Fisika Lanjut, Departemen
Fisika, Institut Pertanian Bogor.
9. Tim penyusun. 2007. Spektroskopi.
Yogyakarta : Fakultas Farmasi,
Universitas Shanata Dharma.
10. Sirait RA. 2009. Penerapan metode
spektrofotometri ultraviolet pada
penetapan kadar nifedipin dalam sediaan
tablet [Skripsi]. Medan: Universitas
Sumatra Utara.
11. Carlos RC. Beer lambert. 2006. Web. 12
November 2011.<http://en.wikipedia.org/
wiki/File:Beer_lambert.png>
12. Joni IM. 2007. Diktat Mata Kuliah
Pengantar Biospektroskopi. Bandung:
Universitas Padjajaran.
13. Kurniawan C. 2010. Analisis kopling
medan elektromagnetik transverse
magnetic (TM) pada kristal fotonik 2D
dengan defect indeks bias simetrik
menggunakan metode tensor green
[Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian
Bogor, IPB.
14. Hardhienata H. 2005. Analisis relasi
disperse gelombang elektromagnetik
datar stasioner dalam kristal fotonik
kuasi-periodik satu dimensi [Skripsi].
Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB.
15. Joannopoulos JD, Johnson SG, Winn JN.
2008. Photonic Crystal, Molding the
Flow of Light. United Kingdom:
Princeton University Press.
16. Alatas H. OptIPB sensor, sensor optik
berbasis kristal fotonik satu dimensi. 27
Maret 2010. Web . 20 Oktober 2010.
<http://alatas.staff.ipb.ac.id/2010/03/27/o
ptip/>
17. Rahmat M. 2010. Development of air
quality index measurement system based
on 1D photonic crystal [Disertasi].
Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB.
18. Rahmat M. 2009. Design and fabrication
of one-dimensonal photonic crystal as a
real time optical sensor for sugar solution
concentration detection [Tesis]. Bogor:
Institut Pertanian Bogor, IPB.
19. Hardhienata H. 2005. Analisis relasi
disperse gelombang elektromagnetik
datar stasioner dalam kristal fotonik
kuasi-periodik satu dimensi [Skripsi].
Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB.
20. Joannopoulos JD, Johnson SG, Winn JN.
2008. Photonic Crystal, Molding the
Flow of Light. United Kingdom:
Princeton University Press.
21. Alatas H. OptIPB sensor, sensor optik
berbasis kristal fotonik satu dimensi. 27
Maret 2010. Web . 20 Oktober 2010.
<http://alatas.staff.ipb.ac.id/2010/03/27/o
ptip/>
22. Rahmat M. 2010. Development of air
quality index measurement system based
on 1D photonic crystal [Disertasi].
Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB.
23. Rahmat M. 2009. Design and fabrication
of one-dimensonal photonic crystal as a
real time optical sensor for sugar solution
concentration detection [Tesis]. Bogor:
Institut Pertanian Bogor, IPB.
13
LAMPIRAN
Lampiran 1. Data lapangan proses penjerapan dan perhitungan konsentrasi gas ozon.
Hari/Tanggal : Rabu, 19 Oktober 2011
Tekanan : -40 kPa
Panjang Gelombang : 354,28 nm
Data penjerapan gas ozon secara real-time dengan laju alir 0.4 liter/menit
Waktu
(menit)
Suhu
(oC)
Kelembaban
(%)
Tekanan
(kPa)*
Intensitas
(counts)
Intensitas
(watt /m2)**
Konsentrasi
(μg/m3)***
Perubahan
konsentrasi
(μg/m3)****
ppb ISPU Status
0 28.9 67 -0.3 5039.00 - - - - - -
1 28.9 67 -0.9 4750.72 2.91E+04 -12.52300 0.000000 - - - 2 28.9 67 -1.2 4490.88 2.76E+04 -4.487590 8.035359 - - - 3 28.9 67 -1.6 4235.06 2.60E+04 3.891145 8.378740 3.891145 1.62 Baik 4 28.9 67 -1.7 3967.40 2.43E+04 13.21779 9.326647 13.21779 5.51 Baik 5 28.9 67 -1.8 3750.81 2.30E+04 21.23767 8.019879 21.23767 8.85 Baik 6 28.9 67 -1.8 3553.24 2.18E+04 28.96795 7.730279 28.96795 12.07 Baik 7 29 66 -1.8 3375.24 2.07E+04 36.30987 7.341919 36.30987 15.13 Baik 8 29 67 -1.8 3224.96 1.98E+04 42.81642 6.506555 42.81642 17.84 Baik 9 29.2 71 -1.8 3082.44 1.89E+04 49.27343 6.457008 49.27343 20.53 Baik 10 29.3 70 -1.9 2977.26 1.83E+04 54.23316 4.959725 54.23316 22.60 Baik 11 29.3 69 -1.9 2868.22 1.76E+04 59.56341 5.330255 59.56341 24.82 Baik 12 29.3 68 -1.9 2776.78 1.70E+04 64.19193 4.628521 64.19193 26.75 Baik 13 29.3 67 -1.8 2703.91 1.66E+04 67.99095 3.799016 67.99095 28.33 Baik 14 29.2 67 -1.9 2637.38 1.62E+04 71.54993 3.558982 71.54993 29.81 Baik 15 29.2 66 -1.9 2590.20 1.59E+04 74.12863 2.578701 74.12863 30.89 Baik
14
Lanjutan Lampiran 1
Keterangan :
Tanda – menunjukkan tidak ada gas ozon yang terdeteksi
*) Tanda negatif (-) menunjukkan di bawah tekanan lingkungan.
**) Nilai intensitas dikonversi berdasarkan Lampiran 4.
***) Nilai konsentrasi diperoleh dengan persamaan y=4352e-0.007x
, dari kurva kalibrasi hasil dari normalisasi
****) Nilai konsentrasi merupakan selisih konsentrasi dengan waktu sebelumnya
Waktu
(menit)
Suhu
(oC)
Kelembaban
(%)
Tekanan
(kPa)*
Intensitas
(counts)
Intensitas
(watt /m2)**
Konsentrasi
(μg/m3)***
Perubahan
konsentrasi
(μg/m3)****
ppb ISPU Status
16 29.2 66 -1.9 2546.01 1.56E+04 76.58687 2.458238 76.58687 31.91 Baik 17 29.2 66 -1.9 2502.00 1.53E+04 79.07787 2.491002 79.07787 32.95 Baik 18 29.2 66 -1.9 2484.86 1.52E+04 80.05988 0.982013 80.05988 33.36 Baik 19 29.2 66 -1.9 2464.15 1.51E+04 81.25551 1.195628 81.25551 33.86 Baik 20 29.2 66 -1.9 2442.52 1.50E+04 82.51503 1.259518 82.51503 34.38 Baik 21 29.2 65 -1.9 2436.74 1.49E+04 82.85349 0.338459 82.85349 34.52 Baik 22 29.2 65 -1.9 2430.11 1.49E+04 83.24271 0.389222 83.24271 34.68 Baik 23 29.2 65 -1.9 2420.96 1.49E+04 83.78162 0.538910 83.78162 34.91 Baik 24 29.2 65 -1.9 2423.28 1.49E+04 83.64479 0.000000 83.64479 34.85 Baik 25 29.2 65 -1.9 2436.45 1.49E+04 82.87049 0.000000 82.87049 34.53 Baik 26 29.2 65 -1.9 2430.49 1.49E+04 83.22038 0.349883 83.22038 34.68 Baik 27 29.2 65 -1.9 2444.18 1.50E+04 82.41797 0.000000 82.41797 34.34 Baik 28 29.2 65 -1.9 2461.94 1.51E+04 81.38369 0.000000 81.38369 33.91 Baik 29 29.3 65 -1.9 2472.60 1.52E+04 80.76647 0.000000 80.76647 33.65 Baik 30 29.3 65 -1.9 2488.28 1.53E+04 79.86340 0.000000 79.86340 33.28 Baik
15
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
0 20 40 60 80 100 120
Inte
nsi
tas
(Co
unts
)
Konsentrasi (μg/m3)
y = 4352e-0.007x
R² = 0.8596
Lanjutan Lampiran 1
Data proses pengencearan sampel gas ozon, 19 Oktober 2011.
Lanjutan Lampiran 1
V + dV T(%)
Konsentrasi
perhitungan
(μg/m3)
Konsentrasi
PPLH
(μg/m3)
Intensitas
(counts)*
5 1.210 111.6533 111.653300 2420.960
6 2.327 93.04439
2447.549
7 4.990 79.75234
2510.940
8 6.811 69.78329
2554.287
9 9.429 62.02960
2616.606
10 12.439 55.82664 34.715090 2688.257
6 17.393 46.52220
2806.183
7 23.215 39.87617
2944.770
8 28.462 34.89165
3069.671
9 33.944 31.01480
3200.165
10 38.323 27.91332 24.930230 3304.404
6 42.651 23.26110
3407.428
7 50.153 19.93808 3586.007
8 55.475 17.44582 3712.692
9 61.274 15.50740 3850.733
10 66.000 13.95666 7.139563 3963.231
6 73.355 11.63055 4138.311
7 75.361 9.969042 4186.062
8 81.763 8.722912 4338.456
9 83.128 7.753699 4370.949
10 87.671 6.978329 1.579980 4479.091
6 92.732 5.815275 4599.564
7 97.537 4.984521 4713.943
8 99.082 4.361456 1.357597 4750.720
Dari data pengenceran dapat dibuat hubungan konsentrasi dan
intensitas cahaya. Persamaan kurva dapat digunakan untuk
menentukan nilai konsentrasi dari data real-time.
Keterangan :
*) Nilai intensitas dari hasil normalisasi pada Lampiran 3.
16
Lanjutan Lampiran 1
Hari/Tanggal : Kamis, 27 Oktober 2011
Tekanan : - 70 kPa
Panjang Gelombang : 357,39 nm
Data penjerapan gas ozon secara real-time dengan laju alir 0.4 liter/menit
Waktu
(menit)
Suhu
(oC)
Kelembaban
(%)
Tekanan
(kPa)*
Intensitas
(counts)
Intensitas
(watt /m2)**
Konsentrasi
(μg/m3)***
Perubahan
konsentrasi
(μg/m3)****
ppb ISPU Status
0 28.9 70 -0.3 4124.43 - - - - - -
1 28.9 70 0.0 4067.68 2.50E+04 0.414021 0.414021 0.414021 0.173 Baik 2 28.9 70 0.2 3893.72 2.39E+04 2.235180 1.821159 2.235180 0.931 Baik 3 28.9 70 0.3 3497.12 2.15E+04 6.711231 4.476051 6.711231 2.796 Baik 4 28.9 70 0.3 3127.10 1.92E+04 11.37097 4.659738 11.37097 4.738 Baik 5 29.0 69 0.3 2744.44 1.69E+04 16.80968 5.438709 16.80968 7.004 Baik 6 29.0 69 0.3 2542.49 1.56E+04 19.99439 3.184714 19.99439 8.331 Baik 7 29.0 69 0.3 2479.27 1.52E+04 21.04355 1.049156 21.04355 8.768 Baik 8 29.0 68 0.3 2306.65 1.42E+04 24.05054 3.006996 24.05054 10.021 Baik 9 29.0 68 0.2 2196.07 1.35E+04 26.09750 2.046952 26.09750 10.874 Baik 10 29.0 68 0.3 2137.68 1.31E+04 27.22034 1.122845 27.22034 11.342 Baik 11 29.0 68 0.4 2056.46 1.26E+04 28.83430 1.613961 28.83430 12.014 Baik 12 29.0 68 0.2 1978.52 1.22E+04 30.44418 1.609874 30.44418 12.685 Baik 13 29.0 68 0.3 1904.23 1.17E+04 32.03882 1.594640 32.03882 13.350 Baik 14 29.0 68 0.3 1860.53 1.14E+04 33.00616 0.967347 33.00616 13.753 Baik 15 29.0 68 0.2 1808.41 1.11E+04 34.19005 1.183891 34.19005 14.246 Baik 16 29.0 68 0.2 1756.87 1.08E+04 35.39481 1.204758 35.39481 14.748 Baik 17 29.0 68 0.2 1673.70 1.03E+04 37.41552 2.020711 37.41552 15.590 Baik 1
7
Lanjutan Lampiran 1
Keterangan :
Tanda – menunjukkan tidak ada gas ozon yang terdeteksi
*) Tanda negatif (-) menunjukkan di bawah tekanan lingkungan
**) Nilai intensitas dikonversi berdasarkan Lampiran 4.
***) Nilai konsentrasi diperoleh dengan persamaan y=4108.3e-0.024x
, dari kurva kalibrasi hasil dari normalisasi
****) Nilai konsentrasi merupakan selisih konsentrasi dengan waktu sebelumnya
Waktu
(menit)
Suhu
(oC)
Kelembaban
(%)
Tekanan
(kPa)*
Intensitas
(counts)
Intensitas
(watt /m2)**
Konsentrasi
(μg/m3)***
Perubahan
konsentrasi
(μg/m3)****
ppb ISPU Status
18 29.0 68 0.2 1623.42 9.98E+03 38.68643 1.270905 38.68643 16.119 Baik 19 29.0 68 0.2 1611.01 9.91E+03 39.00617 0.319738 39.00617 16.253 Baik 20 29.0 68 0.2 1522.14 9.36E+03 41.37050 2.364336 41.37050 17.238 Baik 21 29.0 68 0.3 1471.04 9.05E+03 42.79332 1.422817 42.79332 17.831 Baik 22 29.0 68 0.4 1720.43 1.06E+04 36.26813 0.000000 36.26813 15.112 Baik 23 29.1 68 0.2 1693.55 1.04E+04 36.92427 0.656139 36.92427 15.385 Baik 24 29.1 67 0.2 1441.49 8.86E+03 43.63883 6.714567 43.63883 18.183 Baik 25 29.1 67 0.2 1438.33 8.84E+03 43.73027 0.091441 43.73027 18.221 Baik 26 29.1 67 0.3 1375.14 8.46E+03 45.60224 1.871966 45.60224 19.001 Baik 27 29.1 67 0.3 1370.01 8.42E+03 45.75797 0.155729 45.75797 19.066 Baik 28 29.1 67 0.2 1335.89 8.22E+03 46.80882 1.050846 46.80882 19.504 Baik 29 29.1 67 0.2 1238.02 7.61E+03 49.97900 3.170184 49.97900 20.825 Baik 30 29.1 67 0.3 1192.00 7.33E+03 51.55736 1.578365 51.55736 21.482 Baik
18
Lanjutan Lampiran 1
Data proses pengencearan sampel gas ozon, 27 Oktober 2011.
Lanjutan Lampiran 1
V + dV T(%)
Konsentrasi
perhitungan
(μg/m3)
Konsentrasi
PPLH
(μg/m3)
Intensitas
(counts)* V + dV T(%)
Konsentrasi
perhitungan
(μg/m3)
Konsentrasi
PPLH
(μg/m3)
Intensitas
(counts)* V + dV T(%)
Konsentrasi
perhitungan
(μg/m3)
Konsentrasi
PPLH
(μg/m3)
Intensitas
(counts)*
5.0 6.437 56.96240 56.9624 1192.00 10.0 58.373 14.24060 11.6246 2852.79 10.0 90.036 3.560150 1.0089 3865.29
5.5 10.173 51.78400
1311.47 5.5 61.444 12.94600 2950.99 5.5 90.061 3.236500 3866.09
6.0 12.303 47.46867
1379.58 6.0 63.746 11.86717 3024.60 6.0 91.828 2.966792 3922.60
6.5 13.496 43.81723
1417.73 6.5 64.867 10.95431 3060.45 6.5 91.892 2.738577 3924.64
7.0 17.17 40.68743
1535.22 7.0 70.072 10.17186 3226.89 7.0 93.157 2.542964 3965.10
7.5 19.34 37.97493
1604.61 7.5 72.204 9.493733 3295.07 7.5 94.081 2.373433 3994.64
8.0 19.474 35.60150
1608.89 8.0 72.442 8.900375 3302.68 8.0 94.567 2.225094 4010.18
8.5 21.755 33.50729
1681.83 8.5 75.593 8.376824 3403.44 8.5 94.534 2.094206 4009.13
9.0 23.295 31.64578
1731.08 9.0 76.515 7.911444 3432.92 9.0 95.154 1.977861 4028.96
9.5 28.423 29.98021
1895.06 9.5 77.224 7.495053 3455.60 9.5 95.518 1.873763 4040.59
10.0 30.535 28.48120 25.5577 1962.60 10.0 77.521 7.120300 1.672 3465.09 10.0 96.365 1.780075 0.5666 4067.68
5.5 34.357 25.89200
2084.81 5.5 79.601 6.473000 3531.61
6.0 38.458 23.73433
2215.95 6.0 81.112 5.933583 3579.93
6.5 39.361 21.90862
2244.83 6.5 80.346 5.477154 3555.43
7.0 44.803 20.34371
2418.85 7.0 83.929 5.085929 3670.01
7.5 46.705 18.98747
2479.67 7.5 84.769 4.746867 3696.87
8.0 50.908 17.80075
2614.08 8.0 86.698 4.450188 3758.55
8.5 52.787 16.75365
2674.16 8.5 86.739 4.188412 3759.86
9.0 54.103 15.82289
2716.24 9.0 87.966 3.955722 3799.10
9.5 55.343 14.99011
2755.90 9.5 88.323 3.747526 3810.52
Keterangan :
*) Nilai intensitas dari hasil normalisasi pada Lampiran 3.
19
y = 4108.3e-0.024x
R² = 0.986
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0 10 20 30 40 50 60
Inte
nsi
tas
(co
unts
)
Konsentrasi (μg/m3)
Lanjutan Lampiran 1
Dari data pengenceran dapat dibuat kurva hubungan intensitas cahaya
dan konsentrasi. Persamaan kurva dapat digunakan untuk menentukan
nilai konsentrasi dari data real-time.
20
21
Lampiran 2. Perhitungan menentukan nilai konsentrasi pada setiap titik
pengenceran.
(
)
Keterangan :
V0 = volum awal sampel (mL)
dV = penambahan volum setelah sampel ditambahkan dengan larutan kalium
iodida (mL)
C = konsentrasi sampel yang dihitung (g/m3)
C0 = konsentrasi awal sampel (g/m3)
Lampiran 3. Perhitungan normalisasi menentukan nilai intensitas dari transmitansi
pada proses pengenceran.
( )
( )
Keterangan :
Imax = intensitas maximum pada proses penjerapan secara real-time (counts)
Imin = intensitas minimum pada proses penjerapan secara real-time (counts)
I = intensitas pada waktu tertentu untuk proses pengenceran sampel (counts)
Tmax = transmitansi maximum pada proses pengenceran sampel (%)
Tmin = transmitansi minimum pada proses pengenceran sampel (%)
T = transmitansi pada waktu tertentu untuk proses pengenceran sampel (%)
Lampiran 4. Konversi satuan nilai intensitas dari counts menjadi watt/m2.
(
) ( )
sedangkan
Keterangan :
E = energi cahaya (joule)
h = konstanta planck (6.63x10-34
J.s)
c = kecepatan cahaya (3x108 m/s)
λop = panjang gelombang operasi gas ozon (nm)
A = luas penampang sumber cahaya (m2)
22
Lampiran 5. Perhitungan untuk menentukan nilai indeks standar pencemar udara
(ISPU) dari konsentrasi gas ozon yang terjerap.
( )
Keterangan :
I = ISPU terhitung
Ia = ISPU batas atas
Ib = ISPU batas bawah
Xa = konsentrasi udara lingkungan batas atas (µg/m3)
Xb = konsentrasi udara lingkungan batas bawah (µg/m3)
Xx = konsentrasi udara lingkungan hasil pengukuran (µg/ m3)
23
Lampiran 6. Cara uji kadar oksidan dengan metode neutral buffer kalium iodida
(NBKI) menggunakan spektrofotometer.
1. Prinsip
Oksidan dari udara lingkungan yang telah dijerap oleh larutan NBKI dan
bereaksi dengan ion iodida membebaskan iod yang berwarna kuning muda.
Konsentrasi larutan ditentukan secara spektrofotometri pada panjang gelombang
352 nm.
2. Bahan
2.1. Larutan penjerap oksidan
a) 10 g kalium iodida (KI) dilarutkan dalam 200 mL air suling.
b) Pada tempat yang lain 35,82 g dinatrium hidrogen fosfat dodekahidrat
(Na2HPO4.12H20) dan 13,6 g kalium dihidrogen fosfat (KH2PO4)
dilarutkan dengan 500 mL air suling dalam gelas piala.
c) Larutan kalium iodida ditambahkan dan diaduk sampai homogen,
berfungsi sebagai larutan penyangga.
d) Larutan ini diencerkan sampai volum 1000 mL dalam labu ukur dan
disimpan selama paling sedikit 1 hari.
e) Kemudian pH diatur pada 6,8 ± 0,2 menggunakan larutan natrium
hidroksida (NaOH) 1% (b/v) atau asam fosfat (H3PO4) 1% (b/v).
Catatan : 35,82 g Na2HPO4.12H20 dapat diganti dengan 14,2 g dinatrium
hidrogen fosfat (Na2HPO4).
2.2. Larutan induk iodida (I2) 0,05 N
a) 16 g KI dan 3,173 g kristal I2 dimasukan secara berturut-turut ke dalam
labu ukur 500 mL.
b) Kemudian dilarutkan dengan air suling, dan labu diisi hingga tepat tanda
tera dan dihomogenkan.
c) Larutan disimpan pada suhu ruang paling sedikit selama 1 hari.
d) Larutan dipindahkan ke dalam botol gelap dan disimpan di lemari
pendingin.
2.3. Pembuatan larutan standar iodida (I2)
a) 5 mL larutan induk iodida 0,05 N dimasukan menggunakan pipet ke dalam
labu ukur 100 mL, kemudian diencerkan dengan air suling sampai tanda
tera lalu dihomogenkan.
b) 4 mL larutan hasil pengerjaan pada 2.3 butir a) dimasukan menggunakan
pipet ke dalam labu ukur 100 mL, dan ditepatkan dengan larutan penjerap.
Larutan ini digunakan untuk membuat kurva kalibrasi.
Catatan : Larutan ini stabil selama 1 sampai 2 hari.
24
Lanjutan Lampiran 6
3. Pengujian contoh uji
a) Dalam jangka waktu 30 menit – 60 menit setelah pengambilan contoh uji,
larutan contoh uji dimasukan ke dalam cuvette pada alat spektrofotometer,
lalu diukur intensitas warna kuning yang terbentuk pada panjang
gelombang 352 nm.
b) Serapan contoh uji dapat diamati kemudian dihitung jumlah oksidan (μg)
dengan menggunakan kurva kalibrasi.
4. Perhitungan
4.1. Jumlah oksidan dalam larutan standar iodida
Jumlah (μg) oksidan (dihitung sebagai ozon) dalam 1 mL Iarutan standar iodida
yang digunakan dalam pembuatan kurva kalibrasi dapat dihitung dengan rumus
sebagai berikut:
Keterangan:
O3 = jumlah oksidan (μg)
N2 = normalitas iodida 0.05 N hasil standarisasi
16 = jumlah ekivalen O3 (0.8 μg/mL) dibagi dengan normalitas iodida 0.05 N.
4.2. Volum contoh uji udara yang diambil
Volum contoh uji udara yang diambil, dikoreksi pada kondisi normal (25oC, 760
mmHg) dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
Keterangan:
V = volum udara yang dihisap dikoreksi pada kondisi normal 25oC, 760 mmHg
(liter)
F1 = laju alir volum awal (liter/menit)
F2 = laju alir volum akhir (liter/menit)
t = durasi pengambilan contoh uji (menit)
Pa = tekanan barometer rata-rata selama pengambilan contoh uji (mmHg)
Ta = suhu rata-rata selama pengambilan contoh uji (oK)
298 = konversi suhu pada kondisi normal (25oC) ke dalam kelvin
760 = tekanan udara standar (mmHg).
25
Lanjutan Lampiran 6
4.3. Konsentrasi oksidan di udara lingkungan
Konsentrasi oksidan dalam contoh uji dapat dihitung dengan rumus sebagai
berikut :
Keterangan:
C = konsentrasi oksidan di udara (μg/Nm3)
a = jumlah oksidan dalam contoh uji yang diperoleh dari kurva kalibrasi (μg)
V = volum udara yang dihisap dikoreksi pada kondisi normal 25oC, 760 mmHg.
5. Linieritas kurva kalibrasi
Koefisien korelasi (r) lebih besar atau sama dengan 0,998 (atau sesuai dengan
kemampuan laboratorium yang bersangkutan) dengan intersepsi lebih kecil atau
sama dengan batas deteksi.
5.1. Pembuatan kurva kalibrasi
a) Optimalisasi alat spektrofotometer sesuai petunjuk penggunaan alat.
b) Larutan standar iodida dimasukkan ke dalam masing-masing tabung uji 10
mL, lalu pipet 0 mL, 0.5 mL, 1.0 mL, 1.5 mL, 2.0 mL, dan 3.0 mL.
c) Larutan penjerap ditambahkan sampai volum larutan 10 mL dan
dihomogenkan.
d) Masing-masing larutan standar diukur dengan spektrofotometer pada
panjang gelombang 352 nm.
e) Kurva kalibrasi dibuat antara serapan dengan jumlah oksidan (μg).
26
Lampiran 7. Skema penjerapan gas ozon untuk menentukan panjang gelombang
absorpsi
a. Penjerapan gas ozon dari udara lingkungan
b. Penjerapan gas ozon dari sumber ozon (ozonizer)
27
Lampiran 8. Skema pngujian dengan metode spektroskopi
28
Lampiran 9. Simulasi perubahan transmitansi terhadap perubahan indeks bias
larutan penjerap KI pada sensor kristal fotonik pendeteksi gas ozon.
29
Lampiran 10. Gambar – gambar alat yang digunakan
a. Skema tabung penjerap
b. Lampu LED UV emitter c. Tabung isolasi berkapasitas 5 liter
Jalur udara masuk
Jalur udara keluar
Pemecah gelembung (bubbler)
Adapter serat optik
30
Lanjutan Lampiran 9
d. Sumber ozon (ozonizer) e. Pengukur laju alir (flowmeter)
f. Spektrofotometer USB4000 ocean optics
g. Hasil sampel gas ozon yang terjerap dalam larutan kalium iodida
Sampel berwarna kuning muda
