Makalah Optik
-
Upload
dwika-andjani -
Category
Documents
-
view
219 -
download
29
Transcript of Makalah Optik
BAB I
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Serat optik adalah teknologi alternatif yang dapat menggantikan fungsi
kabel konvensional sebagai pengalir isyarat elektrikal.Teknologi ini memiliki
keunggulan dalam beberapa hal yaitu pengiriman data yang lebih cepat, lebih
akurat, dan relatif lebih stabil terhadap perubahan kondisi cuaca dibandingjkan
kabel konvensional.Teknologi ini dikenal sebagai pemandu cahaya atau pemandu
gelombang. Serat optik memiliki keunggulan lain yang menjanjikan, seperti:
berukuran kecil, tidak berinterferensi dengan gelombang elektromagnet, tahan
terhadap suhu tinggi, serta memiliki bandwith yang besar.
Kini serat optic tidak hanya digunakan untuk bidang komunikasi saja
melainkan berkembang menjadi Fiber Optik Sensor (FOS). Dalam
perkembanganya FOS sering digunakan dalam aplikasi industry, yaitu salah
satunya dalam menentukan derajat keasaman (pH).
Identifikasi Masalah
Dalam menentukan derajat keasaman sebuah zat terdapat banyak cara,
namun cara cara yang sudah ada dirasa masih kurang memenuhi keakuratan akan
nilai derajat keasamaan suatu zat tersebut, sehingga diciptakan sebuah probe
sensor serat optic untuk menentukan derajat keasaman (pH).
Tujuan
Merancang dan membuat probe sensor serat optic yang sensitive untuk
mengukur derajat keasaman dengan menggunakan metoda absorbansi akibat
adanya absorbsi gelombang evanescence.
1
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Serat optik adalah saluran transmisi atau sejenis kabel yang terbuat
dari kaca atau plastik yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut, dan dapat
digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain.
Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah laser atau LED. Kabel ini
berdiameter lebih kurang 120 mikrometer. Cahaya yang ada di dalam serat optik tidak
keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar daripada indeks bias dari udara,
karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit. Kecepatan transmisi serat
optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran komunikasi.
Perkembangan teknologi serat optik saat ini, telah dapat menghasilkan
pelemahan (attenuation) kurang dari 20 decibels (dB)/km. Dengan lebar jalur
(bandwidth) yang besar sehingga kemampuan dalam mentransmisikan data menjadi
lebih banyak dan cepat dibandingan dengan penggunaan kabel konvensional. Dengan
demikian serat optik sangat cocok digunakan terutama dalam aplikasi system
telekomunikasi. Pada prinsipnya serat optik memantulkan dan membiaskan sejumlah
cahaya yang merambat didalamnya.
Efisiensi dari serat optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan penyusun
gelas/kaca. Semakin murni bahan gelas, semakin sedikit cahaya yang diserap oleh
serat optik.
Struktur Fiber
Stuktur fiber optik biasanya terdiri atas 3 bagian, yaitu :
(a) Bagian yang paling utama dinamakan inti (core)
Gelombang cahaya yang dikirim akan merambat dan mempunyai indeks bias lebih
besar dari lapisan kedua, dan terbuat dari kaca. Inti (core) mempunyai diameter
yang bervariasi antara 5 – 50 micro meter tergantung jenis serat optiknya.
2
(b) Bagian kedua dinamakan lapisan selimut / selubung (cladding )
Bagian ini mengelilingi bagian inti dan mempunyai indeks bias lebih kecil
dibanding dengan bagian inti, dan terbuat dari kaca.
(c) Bagian ketiga dinamakan jacket (coating)
Bagian ini merupakan pelindung lapisan inti dan selimut yang terbuat dari bahan
plastik elastik.
Struktur dari fiber optik ini dapat diperlihatkan berikut ini :
TOTAL INTERNAL REFLECTION
Menurut ilmu optika geometri, setiap cahaya yang datang pada suatu medium
optis ke medium optis yang lain, pada bidang batas kedua medium tersebut cahaya
akan mengalami peristiwa pemantulan (cahaya akan kembali masuk ke medium yang
pertama) dan juga mengalami peristiwa pembiasan (cahaya diteriskanb masuk ke
dalam medium yang kedua).
Menurut prinsif Fermat, besarnya sudut pantul akan sama dengan besarnya
sudut datangnya cahaya tadi. Sedangkan menurut prinsip Snellius, apabila sinar
datang dari medium optis kurang rapat ke medium optis lebih rapat, maka sinar
tersebut akan dibiaskan cenderung mendekati garis normal, jadi sudut datang akan
lebih besar dari sudut bias dan sebaliknya apabila sinar datang dari medium optis
lebih rapat ke medium optis kurang rapat, maka sinar akan dibiaskan cenderung
menjauhi garis normsl, sehingga sudut datang akan lebih kecil dari sudut bias.
3
Dalam hal sinar datang dari medium optis lebih rapat ke medium optis kurang
rapat, apabila sudut datangnya semakin besar maka pada suatu saat sudut biasnya
akan sama dengan 900, dan mulai saat itu tidak ada lagi sinar yang dibiaskan.
Keadaan pemantulan semua sinar datang ini disebut dengan pemantulan sempurna
dan sudut datang yang menghasilkan sudut bias sebesar 900 disebut sudut kritis.
Untuk serat optik (fiber optic), indeks bias core lebih besar dari indeks bias cladding.
Sinar-sinar yang akan dipandu oleh serat optik (fiber optic) harus dimasukan ke
dalam core serat optik (fiber optic) melalui ujungnya, dengan cara diusahakan sinar
tersebut dating setegak lurus mungkin terhadap pemampang core serat optik (fiber
optic), agar sinar tersebut masuk ke dalam core kemudian datang ke cladding dengan
sudut datang sebesar mungkin sehingga sinar tersebut datang dari core ke cladding
dengan sudut datang yang lebih besar dari sudut kritisnya, yang mana akan
menghasilkan pemantulan sempurna pada bidang batas core cladding. Sinar pantul ini
akan berjalan menyeberangi core menuju cladding yang ada diseberangnya dengan
sudut datang yang relative sama dengan sudut datang yang pertama tadi, yang mana
besarnya lebih besar dari sudut kritis. Akibatnya sinar ini akan dipantulkan kembali
masuk ke dalam core, menyeberangi core, menuju cladding diseberangnya,
dipantulkan lagi demikian seterusnya sehingga sinar tersebut praktis tidak pernah ada
yang dibiaskan keluar dari serat optik (fiber optic), dan bisa dikatakan semua cahaya
4
yang dimasukan ke dalam serat optik (fiber optic) tersebut dari ujung yang satu akan
dikeluarkan lagi pada ujung yang lain tanpa ada yang bocor.
Untuk serat optik (fiber optic) jenis step index, jalannya sinar adalah patah-
patah dan sedangkan untuk jenis grade index, jalannya sinar adalah tidak patah-patah
melainkan berbentuk garis lengkung.
Sensor Serat Optik
Pengukuran perubahan sifat-sifat fisis dan kimia seperti: mekanik, panas,
elektrik, dan konsentrasi bahan kimia dapat diukur dengan sensor dan transdusers.
Sensor adalah piranti yang sensitif terhadap perubahan keadaan yang terukur, seperti;
temperatur, posisi, atau konsentrasi kimia. Transduser merupakan piranti yang
mengkonversi pengukuran suatu perubahan menjadi isyarat elektrik yang kemudian
diperkuat. Sensor dan transducers dapat beroperasi di tempat yang sulit terjangkau
dan berbahaya.
Sensor serat optik merupakan piranti yang dapat mengukur perubahan
modulasi cahaya yang terpandukan akibat adanya gangguan-gangguan, baik intrinsik
maupun ekstrinsik. Sensor serat optik intrinsic merupakan sensor yang mengukur
perubahan penjalaran gelombang yang disebabkan dari dalam serat, seperti:
perubahan indeks bias pada cladding, adanya kisi pada core dan lain-lain. Sedangkan
sensor serat optik ekstrinsik merupakan sensor yang mengukur perubahan penjalaran
5
gelombang yang disebabkan oleh lingkungan seperti cahaya yang masuk ke dalam
serat selain sumber cahaya.
Gelombang Evanescent
Sinar dalam serat optik menjalar dengan prinsip pemantulan internal total,tetapi pada
kenyataannya terdapat sedikit radiasi elektromagnetik yang memasuki cladding dan
membentuk medan elektromagnetik yang disebut gelombang evanescent. Energi
gelombang ini menurun secara eksponensial dari batas antara core dan cladding .
Gelombang cahaya yang memasuki cladding sepanjang dp akan berkurang secara
eksponensial
Spektroskopi Serat Optik
Perilaku absorbsi bahan dapat digambarkan dengan hukum Beer-Lambert.
Gelombang evanescent dapat berinteraksi dengan gelombang lain jika cladding
dilepaskan. Jika gelombang evanescent ini diabsorbsi oleh medium lain di sekitar
core maka atenuasi dari pemantulan internal total akan meningkat sehingga sinar
yang keluar dari serat akan mengalami penurunan daya yang berhubungan dengan
besarnya absorbs tertentu. Daya yang ditransmisikan pada serat optik yang telah
dikelupas cladding nya dan digantikan dengan bahan lain, akan memberikan
modifikasi pada persamaan Beer-Lambert. Didapat bahwa absorbsi berbanding
langsung dengan konsentrasi.
Dye Indikator pH
6
Dye adalah molekul pigmen atau senyawa kimia yang dapat menyerap
cahaya, sedangkan dye indikator pH adalah dye yang berubah warna ketika berada
dalam larutan asam atau basa. Karena dye mengalami perubahan warna maka sifat
absorsinya akan berubah juga. Masingmasing dye memiliki karakteristik panjang
gelombang yang berbeda-beda. Dye yang berubah warnanya walau hanya sedikit
akan merubah absorbsinya menjadi lebih tinggi atau lebih rendah. Pada penelitian ini
digunakanlah dye methyl violet sebagai indikator pH
7
BAB III
PEMBAHASAN
Telah diketahui bahwa selain dalam bidang komunikasi, serat optic juga
sangat berguna bagi bidang industry yaitu salah satu contoh pemanfaatannya adalah
sebagai sensor yang mampu mengukur derajat keasaman (pH) suatu zat. Sensor ini
dapat dibuat dengan cara menggunakan bahan – bahan seperti :
1. Serat optik plastik 1000/960 μ m
2. Dye Methyl Violet
3. Aquades
4. Ethanol
5. Aseton
6. Asam klorida (HCL) 5 M
7. NaOH 5 M
8. Hydrogel yaitu Tetraethyl Ortho Silicate (TEOS)
9. Buffer pH 10, pH 7 dan pH 4
10. Silver paint
Dan juga alat – alat seperti :
1. Oaktun pH meter
2. Magnetic stirrer hotplate
3. Oven
4. High Sensitivity Light Sensor (PASCO)
5. LS-1 Tungsten Halogen Light Sources
6. Bundle fiber optik
7. USB2000 VIS-NIR Spectrophotometer
8. OOIBase32 Operating Sofware
9. Data Studio Software
10. Adapter SMA conector
8
11. Toolkit fiber optik
12. Silet
13. Cutter
14. Tisu kasar
15. Gelas Ukur
Kemudian adapun langkah langkah untuk membuat probe sensor ini adalah sebagai
berikut :
Pembuatan Gel
Serbuk dye Methyl violet sebanyak 1.5 mg dicampurkan dengan Tetraethoxysilane
(TEOS) 1 ml, ethanol 1 ml, dan 0.1 ml aquades hingga tercampur merata. Larutan ini
kemudian diaduk secara perlahan dengan magnetic stirrer dan dipanaskan dengan
suhu 60oC selama 5 menit hingga membentuk larutan gel.
Pembuatan Lapisan Gel pada Kaca Preparat
Larutan gel yang telah dibuat kemudian dilapiskan pada kaca preparat. Penumbuhan
pada substrat kaca dilakukan dengan teknik dip-coating. Sebelumnya, kaca yang akan
dilapisi haruslah memiliki dimensi 1x6 cm agar kaca dapat dimasukkan ke dalam
kuvet. Setelah terbentuk lapisan gel pada kaca, kaca preparat kemudian dikeringkan
pada suhu dan tekanan ruang selama 3 hari. Setelah itu dipanaskan dengan oven pada
suhu 100oC selama 4 jam dan dilanjutkan pemanasan kembali pada suhu 1500 selama
1 jam.
Pembuatan Probe Sensor Serat Optik Pelapisan Gel pada Serat Optik
9
Percobaan ini mengunakan serat optic plastik sepanjang 30 cm. Proses
pembuatan probe dimulai dengan menghilangkan bagian jaket sepanjang 3.5 cm dari
ujung serat optik menggunakan pemotong jaket fiber optic. Kemudian 2 cm dari
ujung serat, cladding dikelupas dengan cara merendam bagian ini ke dalam larutan
aseton selama ± 3 menit hingga tampak terkelupas. Cladding yang tampak terkelupas
ini, dihilangkan dan dibersihkan dengan silet atau tisu. Sebelum direndam ke dalam
aseton, sisa 2 cm jaket yang telah dilepas, dipasangkan kembali ke dalam serat optik
untuk menutupi cladding bagian ujung probe agar cladding bagian ini tidak ikut
terkelupas oleh aseton. Setelah itu, bagian core pada probe direndam dengan asam
nitrit (HNO3) 30% selama 5 menit agar mudah untuk dilapiskan larutan gel. Ujung
dari probe sensor kemudian ditutupi/dilapisi dengan silver paint secara merata
sebagai reflektor. Setelah bagian probe sensor sempurna dibuat, probe kemudian
ditumbuhkan lapisan tipis pada permukaannya menggunakan larutan gel yang telah
disiapkan sebelumnya. Penumbuhan lapisan pada probe dilakukan dengan teknik
dipcaoting.
Setelah ditumbuhkan lapisan, probe didiamkan selama 3 hari pada suhu dan tekanan
ruang. Setelah semua proses ini selesai maka sebelum probe digunakan haruslah
terlebih dahulu direndam dalam air untuk menghilangkan kelebihan dye yang tersisa.
Karakterisasi Sifat Absorpsi Lapisan Gel pada Kaca Preparat
10
Gel yang telah dilapisi pada kaca preparat, dikarakterisasi sifat absorsinya dengan
menggunakan spectrophotometer USB2000 VIS-Nir. Langkah-langkah karakterisasi
yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Karakterisasi awal pada kaca preparat yang dijadikan sebagai data referensi. Untuk
karaktersasi awal, kaca preparat yang telah ditumbuhkan lapisan gel dan telah
dikeringkan, kemudian dikarakterisasi dengan spektrophotometer VIS-Nir. Untuk
mengkarakterisasi kaca preparat ini pada setiap perubahan pengukuran larutan pH
maka haruslah diset terlebih dahulu data referensi dan data dark . Data referensi
merupakan data yang diambil ketika kaca preparat ditempatkan dalam wadah
kuvet dan disinari cahaya namun tidak dimasukkan larutan pada kuvet. Data dark
merupakan data yang diambil dengan kondisi yang sama seperti data referensi
namun dengan sumber cahaya yang dimatikan. Pengambilan data ini dilakukan
dengan susunan alat seperti gambar dibawah. Hasil pengukuran ini nantinya
menjadi data awalan dalam pengukuran selanjutnya.
2. Karakterisasi absorbansi kaca preparat yang telah dilapisi gel pada variasi larutan
pH. Karakterisasi yang dilakukan adalah merendamkan kaca preparat pada kuvet
pada probe sensor yang telah dimasukkan larutan dengan pH yang berbeda-beda.
Setelah direndam dalam wadah kuvet, kaca preparat kemudian dilewati sinar dan
dianalisis dengan spectrophotometer.
Perendaman kaca preparat pada larutan pH yang berbeda-beda dalam kuvet
bertujuan untuk mendapatkan sifat absorbansi gel pada kaca dengan perubahan pH
yang diberikan. Larutan pH yang digunakan adalah larutan pH1 hingga pH12.
11
Larutan basa dan asam pada penelitian ini dibuat dengan teknik titrasi yaitu
dengan mencampur aquades, NaOH, dan HCL dengan komposisi yang sesuai.
Pengukuran dan keakuratan nilai pH larutan yang digunakan, diukur dengan
menggunakan Oakton pH meter.
Karakterisasi Absorbansi Probe Sensor terhadap Variasi pH
Pengukuran diawali dengan menentukan data referensi dan data dark untuk
serat optik dengan settingan system pengukuran seperti diatas. Data reference
merupakan data yang diambil saat kabel serat optik dijalarkan sinar dan posisi probe
sensor berada di udara, sedangkan data dark merupakan data yang diambil saat kabel
serat optik tidak dijalarkan sinar atau sumber cahaya dimatikan.
Probe sensor dikarakterisasi dengan cara menjalarkan sinar pada kabel serat
optik dan mencelupkan probe sensor pada variasi larutan pH, yaitu pH1 hingga pH12.
Pengukuran nilai absorbansi dilakukan dengan 3 cara pembagian pengukuran, yaitu:
1. Pengukuran pH12 hingga pH8 kemudian pengukuran dibalik yaitu dimulai dari
pH8 hingga pH12.
2. Pengukuran dilanjutkan mulai dari pH7 hingga pH4 kemudian pengukuran dibalik
yaitu dari pH4 hingga pH7.
3. Dan terakhir pengukuran dilakukan dari pH3 hingga pH1 kemudian pengukuran
dibalik yaitu dari pH1 hingga pH3 Hasil pengukuran dianalisa dengan software
khusus yaitu OOIBase32 Operating Software untuk mengukur daya spectrum
absorbsi probe sensor pada panjang gelombang cahaya tampak. Hasil pengukuran
kemudian diolah dengan software Excel dan didapatlah hubungan antara nilai
absorbansi atau transmitansi pada panjang gelombang cahya tampak terhadap
perubahan pH. Analisis data secara keseluruhan diproses dengan menggunakan
software Excel.
Pengukuran Respon Probe Sensor
12
Pengukuran waktu respon probe sensor dilakukan dalam dua kondisi larutan
yaitu larutan dengan kadar pH rendah dan pH tinggi. Pengukuran yang dilakukan
yaitu dengan cara merendam probe dan pH meter konvesional secara bersamaan ke
dalam suatu wadah yang diisikan larutan pH awal, yaitu pH10. Setelah grafik
pengukuran memperlihatkan kejenuhan probe kemudian dicelupkan ke dalam wadah
berlarutan pH2 hingga jenuh. Pengukuran ini untuk mendapatkan waktu respon dari
probe yang dibuat. Setelah probe sensor menunjukkna grafik kejenuhan , probe
kemudian dipindahkan dan dicelupkan ke dalam larutan pH10 kembali. pH10
dijadikan sebagai larutan referensi karena pH ini adalah larutan pH buffer. Perubahan
pH dikontrol dan diamati dengan pH meter agar derajat keasaman larutan stabil.
Pengukuran kemudian dilanjutkan kembali, dengan mencelupkan probe ke wadah
larutan pH2. Pencelupan kembali ke wadah pH2 ini bertujuan untuk mengetahui
waktu reversible. Pengukuran respon probe dilakukan hingga didapatkanlah tiga
siklus respon. Perubahan transimitansi yang terjadi diukur dengan Pasco Science
Workshop 750 Interface dengan mengamati waktu yang pengukuran dan cahaya
transmitansi yang tercatat.
HASIL PENELITIAN
Pengelupasan Cladding
13
Pengelupasan cladding pada serat optic merupakan hal yang paling penting dan
paling menentukan kesensitifan dari sensor yang dibuat, oleh karena itu haruslah
dikerjakan dengan sangat hati-hati. Pengelupasan cladding pada probe sensor dimulai
dengan merendam probe ke dalam aseton selama ± 3 menit. Setelah cladding mulai
tampak terkelupas kemudian dibersihkan dengan menggunakan tisu kasar atau silet
hingga sisa cladding benar-benar hilang. Kesalahan dan ketidakhati-hatian dalam
proses ini dapat mengakibatkan patah atau rusaknya bagian probe maupun core yang
menyebabkan sinar tidak dapat menjalar pada serat optik. Pembuktian telah
terkelupasanya bagian cladding adalah dengan menjalarkan sinar laser atau sinar
polikromatik pada serat optik. Jika sudah terkelupas dengan sempurna maka akan
tampak berkas -berkas cahaya yang keluar pada bagian probe sebagai hamburan sinar
yang dijalarkan.
Pembuatan dan Pelapisan Gel
Gel yang digunakan dalam penelitian ini adalah mengunakan hidrogel TEOS
(Tetraethyl Ortho Silicate). Awalnya TEOS berbentuk cairan, setelah dicampur bahan
lain dan didiamkan selama beberapa menit maka terbentuklah larutan gel. Gel ini
kemudian dicampurkan dengan dye sebagai bahan pengisi matriks yang sensitif
terhadap perubahan pH dan diaduk dengan magnetic stirrer selama 5 menit, 600C.
Lama waktu pengadukan dan besar suhu yang diperlukan untuk mengaduk memiliki
14
peran penting dalam membentuk larutan gel. Larutan gel jika dipanaskan dan diaduk
lebih lama dari waktu ini maka dye akan mengeras dan menempel pada wadah
pengaduk. Jika diaduk dan dipanaskan kurang dari waktu ini maka lapisan gel yang
akan dilapisi pada probe akan mudah lepas. Setelah terbentuk larutan gel, barulah
ditumbuhkan pada kaca preparat dan serat optik dengan teknik dipcoating hingga
terlapisi merata. Setelah terlapisi sempurna, barulah didiamkan selama 3 hari pada
suhu dan tekanan ruang. Khusus untuk kaca preparat, setelah 3 hari dibiarkan dalam
suhu dan tekanan ruang, kaca ini kemudian dipanaskan dengan oven pada suhu
1000C selama 4 jam dan dilanjutkan dengan suhu 1500C selama 1 jam agar gel pada
kaca menjadi keras dan merekat kuat ikatannya.
Karakteristik Gel pada Kaca Preparat yang Didoping Methly Violet
Gel yang telah dibuat dan dilapisi pada kaca preparat kemudian
dikarakterisasi dengan cara merendamkannya pada variasi larutan pH yaitu dari
larutan pH12 sampai pH1. Dari hasil pengukuran terlihat bahwa spektrum absorbansi
yang terukur mengalami penurunan dengan semakin asamnya larutan yang diberikan.
Perubahan spektrum absorbansi ini tidak merubah panjang gelombang puncak
absorbansi dari setiap pengukurannya. Puncak panjang gelombang absorbansi yang
terukur ini dapat dijadikan sebagai panjang gelombang daerah sensitif untuk analisis
suatu pH larutan. Dari hasil karakterisasi ini terlihat bahwa untuk setiap pengukuran
variasi larutan pH akan tampak suatu panjang gelombang puncak yaitu pada panjang
gelombang 544.27 nm. Jika dari hasil karakterisasi ini difokuskan pada satu panjang
gelombang puncak, yaitu pada 544.27 nm, maka akan terlihat bahwa gel yang dilapisi
pada kaca preparat memiliki tiga daerah sensitivitas, yaitu pada range pH1 hingga
pH4 kemudian pada range pH5 hingga pH8 dan range pH9 hingga pH12.
Hasil karakterisasi ini menunjukkan bahwa absorbansi gel pada kaca preparat
yang telah didoping dye mengalami penurunan pada pengukuran variasi larutan pH
yang semakin asam (pH4 hingga pH1) dan sebaliknya pada pengukuran larutan pH
yang semakin basa (pH9 hingga pH12) mengalami kenaikkan absorbansi. Hal ini
15
disebabkan karena dye methyl violet merupakan dye yang sensitif pada asam tinggi,
yaitu pada range pH 0-1, sehingga ketika dikarakterisasi pada larutan pH yang
semakin asam, warna dye yang melekat pada kaca preparat akan berubah warna
menjadi kuning cerah. Perubahan warna dye menjadi kuning cerah inilah yang
menyebabkan kaca preparat memiliki absorbansi yang menurun akibat sedikitnya
cahaya yang terserap dan semakin banyaknya yang diteruskan. Sebaliknya saat
dikarakterisasi pada larutan pH yang semakin basa, warna dye menjadi semakin biru
(sesuai dengan warna asal dye) sehingga absorbansinya menjadi semakin meningkat.
Berbeda untuk pengukuran pada kisaran larutan pH netral yaitu dimulai dari pH5
hingga pH8. Pada variasi pH ini, absorbansi mengalami penurunan. Jadi, dari hasil
karakterisasi pengukuran pada kaca preparat dapat diketahui bahwa terdapat dua
daerah linieritas yang tinggi dan dapat dijadikan daerah yang sensitive terhadap
pengukuran larutan pH, yaitu pada pengukuran larutan pH1 hingga pH4 dan larutan
pH9 hingga pH12.
Karakteristik Absorbansi Probe Sensor terhadap Variasi pH
Pada penelitian ini digunakanlah probe sensor dari serat optik plastik 960/1000 μm
yang telah dikelupas bagian cladding dan telah dilapisi dengan gel yang didoping dye
methly violet. Probe yang berbentuk lurus dan telah dikeringkan selama 3 hari,
kemudian dikarakterisasi dengan USB2000 VIS-NIR Spektrophotometer.
Karakterisasi dilakukan dengan cara mencelupkan probe ke dalam variasi larutan pH
dan diukur pada larutan yang timbal-balik yaitu dari pengukuran pH12 hingga pH8
kemudian pengukuran dibalik (pH8 hingga pH12); lalu pengukuran pH7 hingga pH4
dan pengukuran dibalik kembali (pH4 hingga pH7); dan terakhir pengukuran pH3
hingga pH1 dan kebalikannya. Tujuan pembalikkan dan pembagian dalam tiga
pengukuran larutan pH yang berbeda ini adalah agar mendapatkan informasi yang
akurat terhadap pengukuran sensor yang dibuat.
Probe sensor pada penelitian ini dibuat dengan bentuk lurus. Probe berbentuk
ini mengalami dua kali absorbsi cahaya, yaitu absorbsi pertama saat melewati probe
16
dan absorbsi kedua saat melewati probe setelah terpantulkan oleh reflektor. Nilai
absorbansi yang diterima detektor untuk probe berbentuk ini merupakan hasil dari
dua kali absorsi cahaya yang melewati probe sensor. Spektrum absorbansi yang
terukur mengalami penurunan dengan semakin asamnya larutan yang diberikan dan
sebaliknya spektrum absorbansi probe meningkat dengan semakin basa larutan yang
diberikan. Dapat diketahui pula bahwa untuk setiap pengukuran larutan pH yang
bervariasi muncul panjang gelombang puncak yang sama yaitu pada 580.06 nm.
Panjang gelombang puncak ini mencerminkan nilai absorbansi maksimum. Nilai
panjang gelombang puncak yang terukur pada probe berbeda dengan nilai panjang
gelombang puncak pada kaca preparat namun masih dalam satu range panjang
gelombang yang sama yaitu antara 500 nm samapi 600 nm. Hal ini disebabkan karena
bahan tempat melapisi gel adalah berbeda yaitu serat optik plastik dan kaca preparat.
Absorbansi yang difokuskan pada panjang gelombang puncak hasil karakterisasi
probe, yaitu pada panjang gelombang 580.08 nm. Terdapat tiga daerah sensitif dan
linier untuk setiap pengukuran variasi larutan pH yang semakin asam. Daerah
tersebut yaitu daerah linier 1 untuk pengukuran pH12 hingga pH8, daerah linier 2
untuk pengukuran pH8 hingga pH4, dan daerah linier 3 untuk pengukuran pH4
hingga pH1.
Ketiga daerah linier ini memiliki penurunan absorbansi yang berbeda-beda.
Untuk daerah linier 2 terjadi penurunan absorbansi yang sangatlah kecil sedangkan
pada daerah linier 3 terjadi penurunan absorbansi yang lebih besar daripada daerah
linier 1. Untuk kedua daerah linier ini, yaitu daerah linier 3 dan daerah linier 1,
dapatlah dijadikan daerah sensivitas sensor karena memiliki linieritas yang tinggi.
Juga terdapat dua daerah sensitif dan linier untuk setiap pengukuran variasi larutan
pH yang semakin basa, yaitu daerah linier 1 untuk variasi pengukuran pH4 hingga
pH8, dan daerah linier 2 untuk variasi pengukuran pH8 hingga pH12. Untuk
pengukuran variasi pH1 hingga pH4. Pada saat dikarakterisasi pada pH yang sangat
asam, pH1, cladding yang dilapisi pada core menjadi lepas dan rusak, sehingga
pengukuran setelah larutan pH1 menghasilkan data dengan nilai absorbansi yang
17
negatif. Terjadi kenaikan absorbansi ketika dilakukan pengukuran dengan variasipH
yang semakin basa. Hal ini terjadi pada daerah linier 2.
Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa probe ini memiliki dua daerah
sensitif dan linier untuk pengukuran-pengukuran mulai dari pH2 hingga pH4 dan pH8
hingga pH12. Kurva histerisi spektum absorbansi memperlihatkan besarnya
keakuratan pengukuran terhadap variasi larutan pH yang diukur. Kurva histerisi ini
didapat dengan teknik pengukuran seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Dari
kurva diketahui bahwa terdapat ketidakakuratan yang sangat besar pada pengukuran
pH5, pH8 dan pH11. Hal ini ditandai dengan besarnya selang kurva histerisis pada
grafik untuk pengukuran pH tersebut. Ketidakakuratan ini disebabkan karena probe
ketika diukur pada pH ini larutan telah terkontaminasi dengan larutan pH
sebelumnya. Perubahan absorbansi pada probe ketika pengukuran variasi larutan pH,
disebabkan karena methly violet yang didoping pada probe mengalami perubahan
warna akibat perubahan pH.
Methly violet adalah indikator pH yang merupakan asam organic lemah.
Seandainya methly violet diberi simbol Hin maka ketika probe dicelupkan dalam
larutan pH, methly violet ini akan mengion dan terjadi pergeseran keseimbangan
yang letak keseimbangannya tergantung dari pH lingkungannya.
HIn « H+ + In-
WarnaA WarnaB
Pada pH1, pengionan akan tertekan oleh ionion H+ dalam larutan asam
sehingga lebih banyak molekul Hin yang terdapat dalam larutan daripada ion In-.
Oleh karena itu warna methly violet lebih banyak ditentukan oleh warna molekul
(warna A) daripada warna ion (warna B). Ketika larutan diubah menjadi pH2 maka
warna molekul tetap mendominasi namun berkurang daripada saat pengujian pH1
sementara warna ion bertambah. Kondisi ini akan merubah absorbansi dari methly
violet. Perubahan indeks bias akibat perubahan warna pada cladding menyebabkan
sebagian energi cahaya yang dijalarkan, diserap oleh cladding dan keluar dari probe
dengan besar energi yang diteruskan menurun secara eksponensial. Penyerapan
18
cahaya yang disebabkan oleh perubahan indeks bias cladding berpengaruh terhadap
besarnya intensitas cahaya yang ditransmisikan secara tidak langsung diakibatkan
oleh perubahan pH larutan tersebut. Energi cahaya yang diserap oleh cladding
dinamakan gelombang Evanescent, perubahan gelombang inilah yang menjadi tolak
ukur adanya perubahan pH larutan.
Respon Probe Sensor
Hasil pengukuran memperlihatkan bahwa probe memiliki waktu respon yang
cepat. Didapat bahwa ketika transmitansi yang terukur stabil pada larutan pH2 dan
kemudian tiba-tiba dicelupkan ke larutan pH10 maka terlihat penurunan yang drastic
pada besar transmitansi yang terukur. Waktu yang dibutuhkan probe untuk stabil pada
perubahahan kondisi ini disebut waktu respone dan besar waktu respone ini adalah
selama 90 detik. Setelah probe mencapai titik jenuh pada kondisi ini, maka probe
dipindahkan kembali kedalam larutan pH2. Waktu yang dibutuhkan probe untuk ke
kondisi awalnya ini disebut dengan waktu recovery. Besar waktu recovery untuk
kondisi ini adalah 40 detik.
Perubahan pH yang drastic menyebabkan probe membutuhkan waktu yang
cukup lama untuk merespon perubahan tersebut secara sempurna. Dari hasil
pengukuran ini dapat diketahui bahwa probe serat optik yang telah dikelupas bagian
cladding dan didoping dye methly violet memiliki waktu respon dan waktu balik
(recovery time) yang hampir sama untuk pengukuran larutan pH rendah ke pH tinggi
(pH2 hingga pH10) dan pengukuran sebaliknya (pH10 hingga pH2), yaitu selam 40-
50 detik.
19
BAB IV
PENUTUP
Kesimpulan
Sensor pH berbasis serat optik plastic dibuat dengan menggunakan larutan gel
yang didoping dye methly violet sebagai sensing coating (pengganti cladding) pada
bagian probe sensor melalui fenomena absorbs gelombang evanescent. Probe sensor
menghasilkan karakteritik absorbansi yang quasilinier terhadap variasi pengukuran
larutan pH8 hingga pH12 dan larutan pH2 hingga pH4.
Semakin asam pH suatu larutan yang diukur maka absorbansinya akan
semakin menurun dan sebaliknya semakin basa pH larutan yang diukur maka akan
semakin meningkat absorbansinya. Absorbansi optik yang dihasilkan dianalisis pada
rentang panjang gelombang cahaya tampak namun perubahan absorbansi yang
signifikan terjadi pada rentang panjang gelombang antara 450 nm sampai 650 nm.
Panjang gelombang dengan absorbansi maksimum terjadi pada panjang gelombang
580.08nm. Waktu respon dan waktu balik probe sensor yang telah dibuat memiliki
waktu responsibilitas yang sama yaitu selama 300 detik.
Saran
Penelitian ini dapat dikembangkan lebih lanjut yaitu dengan menggunakan
prosedur yang sama namun menggunakan dye yang berbeda. Dan dapat pula
dikembangkan dengan membuat rancangan alat pengukuran larutan pH yang telah
terintegrasi dengan rangkaian elektronika sensor cahaya dan ditampilkan dengan
sevent segment.
20