4." variabel penghubung, yang pada situasi tertentu diperlukan untuk menyempurnakan hubungan antara variabel
3. Penggunaan variabel dalam ilmu eksakta
Identifikasi Variabel
3. Penggunaan variabel dalam ilmu eksakta
Dalam ilmu eksakta, penggunaan variabel biasanya tidak serumit penggunaan variabel dalam ilmu sosial. Hal ini mengingat bahwa lazimnya ilmu eksakta tidak banyak melibatkan unsur manusia dalam penelitiannya yang memungkinkan munculnya banyak faktor yang dapat mempengaruhi hubungan antar variabel seperti dalam ilmu sosial. Pengecualian dalam hal ini adalah penelitian bidang kesehatan yang tentunya banyak melibatkan manusia.
Dalam ilmu eksakta, lazimnya hanya melibatkan dua variabel yaitu variabel bebas (independent variable) dan variabel terikat (dependent variable). Seringkali variabel bebas dalam penelitian eksakta terdiri atas lebih dari satu variabel bebas. Pada kasus seperti ini, maka peneliti harus melakukan penelitian dengan seksama dan hati-hati serta benar-benar memperhatikan dan memastikan bahwa setiap kali memanipulasi atau merubah salah satu kondisi variabel bebasnya, maka variabel bebas yang lain benar-benar dijaga dan dikontrol mempunyai nilai yang tetap. Sebagai contoh, seorang peneliti yang hendak menyelidiki aktifitas suatu katalis dalam reaksi oksidasi selektif propana menjadi asam akrilat seperti pada gambar 9.6 berikut.
Pada contoh di atas, seorang peneliti hendak menguji aktifitas suatu katalis terhadap reaksi propana menjadi asam akrilat. Pada kasus penelitian bidang kesehatan yang tentunya banyak melibatkan manusia.
Dalam ilmu eksakta, lazimnya hanya melibatkan dua variabel yaitu variabel bebas (independent variable) dan variabel terikat (dependent variable). Seringkali variabel bebas dalam penelitian eksakta terdiri atas lebih dari satu variabel bebas. Pada kasus seperti ini, maka peneliti harus melakukan penelitian dengan seksama dan hati-hati serta benar-benar memperhatikan dan memastikan bahwa setiap kali memanipulasi atau merubah salah satu kondisi variabel bebasnya, maka variabel bebas yang lain benar-benar dijaga dan dikontrol mempunyai nilai yang tetap. Sebagai contoh, seorang peneliti yang hendak menyelidiki aktifitas suatu katalis dalam reaksi oksidasi selektif propana menjadi asam akrilat seperti pada gambar 9.6 berikut.
Gambar 9.6. Contoh penggunaan variabel bebas dan variabel terikat pada penelitian bidang eksakta
Pada contoh di atas, seorang peneliti hendak menguji aktifitas suatu katalis terhadap reaksi propana menjadi asam akrilat. Pada kasus ini pertama kali peneliti harus telah menetapkan katalis yang hendak diuji aktifitasnya. Selanjutnya peneliti harus menetapkan variabel apa yang hendak divariasi guna mengetahui tingkat aktifitas katalis dengan menganalisis yield produk asam akrilatnya, semakin besar yield produk berarti semakin bagus. Yang perlu diperhatikan adalah ketika peneliti sudah menetapkan variabel yang divariasikan, misalnya temperatur reaksi maka variabel yang lain seperti waktu reaksi, laju alir total gas, komposisi reaktan dan sebagainya harus dijaga tetap. Hal ini diperlukan agar peneliti yakin benar bahwa hasil yang diperoleh (yield produk) yang ditunjukkan
Setiap kali uji, hanya satu variabel yang divariasi, variabel lain tetap - temperatur reaksi
Yield produk asam akrilat (dalam %) -" selektivitas terhadap asam
akrilat (dalam %)
-" konversi propana (dalam %) Variabel terikat
Gambar 9.6. Contoh penggunaan variabel bebas dan variabel terikat pada penelitian bidang eksakta
Asas Metodologi Penelitian
ini pertama kali peneliti harus telah menetapkan katalis yang hendak diuji aktifitasnya. Selanjutnya peneliti harus menetapkan variabel apa yang hendak divariasi guna mengetahui tingkat aktifitas katalis dengan menganalisis yield produk asam akrilatnya, semakin besar yield produk berarti semakin bagus. Yang perlu diperhatikan adalah ketika peneliti sudah menetapkan variabel yang divariasikan, misalnya temperatur reaksi maka variabel yang lain seperti waktu reaksi, laju alir total gas, komposisi reaktan dan sebagainya harus dijaga tetap.
Hal ini diperlukan agar peneliti yakin benar bahwa hasil yang diperoleh (yield produk) yang ditunjukkan benar-benar disebabkan oleh perubahan temperatur reaksi. Demikian juga bila peneliti hendak mengetahui pengaruh perubahan waktu reaksi, maka peneliti dapat memvariasikan waktu reaksi dengan membuat variabel lainnya tetap.
Dengan memperhatikan hal ini, dapatlah dimengerti bahwa penelitian bidang eksakta memerlukan waktu yang lama dan biaya yang cukup mahal, mengingat bahwa untuk mengetahui pengaruh perubahan satu variabel terhadap hasil reaksi, maka peneliti harus melakukan pekerjaan beberapa kali. Dan bila hal ini diulang untuk mengetahui pengaruh perubahan variabel yang lainnya, tentunya pekerjaan yang harus dilakukan juga menjadi berlipat. Pada kasus ini, peneliti akan mendapatkan hasil yang optimal, yaitu suatu kondisi reaksi (temperatur reaksi, waktu reaksi, komposisi reaktan, laju alir total gas yang tertentu) yang akan memberikan hasil reaksi terbaik atau yield produk asam akrilat tertinggi. Tentu saja hal ini hanya untuk satu jenis katalis yang telah ditetapkan, dan kemungkinan bisa berbeda bila digunakan jenis katalis yang berbeda pula. Bila peneliti hendak menguji dan membandingkan aktifitas suatu katalis dengan jenis katalis yang lain, maka peneliti tersebut harus menggunakan kondisi reaksi yang sama dengan kondisi reaksi pada jenis katalis pembanding, dan lazimnya dipilih kondisi reaksi yang dapat menghasilkan yield produk optimal.
Dengan melihat contoh di atas, jelas sekali bahwa penelitian tersebut memerlukan waktu yang lama, dan tentunya menguras energi dan biaya. Hal ini sebenarnya disadari benar oleh para ilmuwan
dan praktisi di bidang ilmu terkait. Oleh karena itu, dewasa ini juga tengah dikembangkan suatu teknologi baru yang diupayakan untuk memotong waktu penelitian sehingga pada akhirnya juga mengurangi energi dan biaya yang dibutuhkan. Terpenting adalah dengan makin sedikitnya waktu yang diperlukan, maka para praktisi diharapkan semakin cepat dalam mengambil keputusan untuk pengembangan ilmu dan aplikasinya. Teknologi tersebut seringkali disebut sebagai high-throughput technology (teknologi yang mampu menangani dan memproses sejumlah besar data atau material asal dalam waktu yang cukup singkat), atau sering juga disebut sebagai combinatorial technology (teknologi kombinatorial, yang menggabungkan berbagai teknik untuk dapat memproses dan menangani data dan material asal dalam jumlah besar dalam waktu singkat). Salah satu yang memanfaatkan teknologi ini adalah bidang katalis.
Kombinatorial katalis heterogen adalah metode pembuatan material padat dalam jumlah banyak dengan sifat atau kandungan yang berbeda, yang dilanjutkan dengan uji aktifitas dan selektifitas katalitik secara cepat dan terpadu. Pada teknologi kombinatorial digunakan perlengkapan yang biasanya berukuran mikro, dijalankan secara otomatis (robotik) yang didasarkan pada komputasional dan teknologi informasi (pemrograman). Gagasan utama dari penggunaan teknologi kombinatorial ini adalah untuk mempercepat proses pembuatan material katalis dan uji aktifitasnya secara terpadu, sehingga dapat menghemat banyak waktu untuk mempelajari mulai dari komposisi material sampai dengan hubungannya dengan keaktifannya. Untuk lebih memperjelas, gambar 9.7 menunjukkan perbandingan waktu penggunaan metode konvensional dengan teknologi kombinatorial dalam bidang katalis.
Asas Metodologi Penelitian
Selama lebih kurang lima tahun terakhir, eksperimen high-throughput menggunakan teknologi kombinatorial telah menjadi metode yang sangat berguna dalam sintesis dan evaluasi katalis.
Keberhasilan pendekatan metode ini adalah kehati-hatian dalam memilih parameter sintesis dan reaksi katalitik, serta pengetahuan tentang desain material dan uji katalitiknya. Pada gambar 9.7 terlihat jelas bahwa dengan menggunakan teknologi kombinatorial ini dapat mempersingkat waktu dan memperoleh data yang jauh lebih banyak dibandingkan dengan menggunakan metode konvensional.
Bagaimana hal ini dapat terjadi? Pada metode konvensional, lazimnya untuk membuat suatu katalis diperlukan peralatan konvensional (alat-alat gelas) dan diperlukan komposisi bahan dasar yang cukup banyak. Setelah terbentuk katalis harus diuji dengan menggunakan reaktor atau mikro reaktor tunggal yang berukuran relatif besar dan memerlukan waktu analisis sekitar 30 menit (tidak
156
yang berbeda, yang dilanjutkan dengan uji aktifitas dan selektifitas katalitik secara cepat dan terpadu. Pada teknologi kombinatorial digunakan perlengkapan yang biasanya berukuran mikro, dijalankan secara otomatis (robotik) yang didasarkan pada komputasional dan teknologi informasi (pemrograman). Gagasan utama dari penggunaan teknologi kombinatorial ini adalah untuk mempercepat proses pembuatan material katalis dan uji aktifitasnya secara terpadu, sehingga dapat menghemat banyak waktu untuk mempelajari mulai dari komposisi material sampai dengan hubungannya dengan keaktifannya. Untuk lebih memperjelas, gambar 9.7 menunjukkan perbandingan waktu penggunaan metode konvensional dengan teknologi kombinatorial dalam bidang katalis.
Gambar 9.7. Perbandingan waktu pendekatan konvensional dan kombinatorial terhadap sintesis dan penjaringan katalis
Selama lebih kurang lima tahun terakhir, eksperimen high-throughput menggunakan teknologi kombinatorial telah menjadi metode yang sangat berguna dalam sintesis dan evaluasi katalis.
Keberhasilan pendekatan metode ini adalah kehati-hatian dalam memilih parameter sintesis dan reaksi katalitik, serta pengetahuan tentang desain material dan uji katalitiknya. Pada gambar 9.7 terlihat jelas bahwa dengan menggunakan teknologi kombinatorial
rgpgowcp" rgpigodcpicp" Rknqv"rncpv" mqogtukcnkucuk"
Gambar 9.7. Perbandingan waktu pendekatan konvensional dan kombinatorial terhadap sintesis dan penjaringan katalis
termasuk persiapan memasukkan katalis ke dalam reaktor). Namun dengan menggunakan teknologi kombinatorial, sintesis katalis dapat dilakukan dengan menggunakan komposisi bahan dasar dalam jumlah sedikit dan pembuatan yang relatif cepat sebab dilakukan secara otomatis. Uji katalis dapat dilakukan menggunakan reaktor mikro yang berukuran sangat kecil sehingga hanya membutuhkan sedikit katalis.
Selain itu jenis reaktor seperti ini juga dilengkapi dengan teknologi tinggi yang memungkinkan penempatan banyak reaktor secara bersama dalam suatu kompartemen (dalam beberapa peralatan yang telah dikembangkan ada yang menempatkan 12 reaktor secara paralel) sehingga reaksi dan uji dari banyak katalis bisa dilakukan secara paralel.
Semua reaktor tersebut ditempatkan dalam suatu kompartemen yang dapat dipanaskan hingga temperatur tertentu sehingga memungkinkan dijalankannya suatu reaksi kimia yang memerlukan temperatur tinggi.
Tiap-tiap reaktor mikro tersebut dapat diisi dengan jenis katalis yang berbeda. Dengan demikian, seorang peneliti sekaligus dapat melakukan uji perbandingan efektifitas dan aktifitas katalis dari jenis yang berbeda tersebut dalam sekali run. Dari masing-masing reaktor, diberikan suatu saluran yang dapat langsung mengarah pada alat pendeteksi hasil reaksi, sehingga analisis hasil reaksi dapat langsung dilakukan pada waktu yang dapat diatur. Waktu yang diperlukan untuk analisis hanya sekitar 5 menit, dengan waktu memasukkan katalis dalam reaktor yang relatif lebih cepat mengingat yang dimasukkan jumlahnya juga hanya sedikit. Tabel 9.3 menunjukkan perbandingan kasar waktu yang diperlukan dan jumlah data yang dapat diproses antara metode konvensional dan metode kombinatorial.
Tabel 9.3. perbandingan waktu yang diperlukan untuk analisis data menggunakan metode konvensional dan metode kombinatorial
Parameter Konvensional Kombinatorial Waktu memasukkan
katalis dalam reaktor
30 menit 1 sampel 30 menit 12 sampel Waktu analisis 30 menit 1 sampel 5 menit 1 sampel, 60
menit 12 sampel
Asas Metodologi Penelitian
Disetarakan 120 menit untuk 1 sampel
17,5 menit untuk 1 sampel
Demikianlah salah satu contoh penggunaan variabel dalam penelitian bidang eksakta. Ilmuwan dan praktisi selalu tidak penah berhenti untuk melakukan terobosan dan pengembangan teknologi guna mengatasi kekurangan dan kelemahan ketika melakukan penyelidikan dalam menguji variabel yang digunakan.