PENENTUAN KADAR GAS NITROGEN DIOKSIDA (NO2) MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR TGS 2201
TESIS
Oleh :
ARIPIN SILALAHI
097006017/KIM
PROGRAM PASCA SARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2011
PENENTUAN KADAR GAS NITROGEN DIOKSIDA (NO2) MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR TGS 2201
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Studi Ilmu Kimia pada Fakultas Matematika Dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara
Oleh :
ARIPIN SILALAHI
097006017/KIM
PROGRAM PASCA SARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2011
Telah diuji pada Tanggal :
PANITIA PENGUJI TESIS
Ketua : Prof . Dr. Halem Marpaung
Anggota :1. Henry Hasian Lumbantoruan, ST, MT 2. Prof. Basuki Wirjosentono, MS,Ph.D
3. Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc 4. Jamahir Gultom Ph.D
5. Prof. Dr. Yunazar Manjang
PERNYATAAN
PENENTUAN KADAR GAS NITROGEN DIOKSIDA (NO2) MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR TGS 2201
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tesis ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain kecuali disebutkan sumbernya dalam daftar pustaka.
Medan, Juni 2011 Penulis
(Aripin Silalahi)
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda
tangan dibawah ini :
Nama : Aripin Silalahi
NIM : 097006017
Program Studi : Magister Ilmu Kimia
Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan
kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non – Eksklusif
(Nonexclusif Royalty Free Right) atas Tesis saya yang berjudul :
PENENTUAN KADAR GAS NITROGEN DIOKSIDA (NO2) MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR TGS 2201
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti
Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan mengalih media,
memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan
Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, Juni 2011
(Aripin Silalahi)
Judul Tesis : PENENTUAN KADAR GAS NITROGEN DIOKSIDA (NO2) MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR TGS 2201
Nama Mahasiswa : ARIPIN SILALAHI
NIM : 097006017
Program : Magister (S-2) Program Studi : Ilmu Kimia
Menyetujui Komisi Pembimbing
(Prof. Dr. Harlem Marpaung) (Henry Hasian Lumbantoruan, ST, MT) NIP.19480414 197403 1 001 NIP. 19721114 200112 1 001
Ketua Anggota
Ketua Program Studi Dekan, FMIPA USU
(Prof. Basuki Wrjosentono, MS, Ph.D) (Dr. Sutarman, MSc)
Tanggal lulus :
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama lengkap : Aripin Silalahi
Tempat dan Tanggal Lahir : Sungai Lama 22 April 1968
Alamat Rumah : Jl. Sudirman Gang Mawar No. 113 Sidikalang
Telepon/ Faks/ HP : (0627)23600
Email : as_okedeh@yahoo.co.id
Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 1 Sidikalang
Alamat Kantor : Jln. DR. F. Lumbantobing Sidikalang
Telepon/Faks/HP : (0627)21232 / fax 062721232
DATA PENDIDIKAN
SD : Negeri Sungai Lama Tamat : 1981
SMP : St. Yosep Aek Kanopan Tamat : 1984
SMA : Budi Mulia Pematang Siantar Tamat : 1987
Diploma 3 : FMIPA USU Tamat : 1991
Strata-1 : Universitas Terbuka Tamat : 1998
Strata – 2 : Pasca Sarjana FMIPA USU Tamat : 2011
PENENTUAN KADAR GAS NITROGEN DIOKSIDA (NO2) MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR TGS 2201
ABSTRAK
Meningkatnya konsentrasi gas NO2 diudara yang merupakan parameter
pencemaran udara sebagai dampak kepadatan lalulintas kendaraan bermotor dan industri perlu diperhatikankarena cukup bebahaya bagi kesehatan manusia dan dapat mengakibatkan kematian.
Untuk mengetahui kadar NO2 dengan cepat digunakan sensor gas semikonduktor
TGS 2201 keluaran Figaro, untuk proses ADC dan untuk pengambilan data digunakan mikrokontroler jenis AT Mega 8535, selanjutnya pengolahan data dilakukan dengan program pada computer.
Penelitian ini dilakukan dengan mempariasikan konsentrasi gas NO2 dan mencatat
hasil tegangan keluaran sensor. untuk menentukan konsentrasi gas NO2 melalui
program menghasilkan keluaran langsung dengan angka digital.
Dari variasi konsentrasi gas NO2 yang diperoleh menunjukkan bahwa dengan
semakin meningkat konsentrasi gas NO2 harga tegangan keluaran sensor semakin
rendah. Konsentrasi gas NO2 dapat ditentukan dengan sensor gas semikonduktor
TGS 2201.
Kata Kunci : gas NO2, Sensor gas semi konduktor TGS 2201, AT Mega 8535
Determination of Rate Nitrogen Dioxide (NO2)
Use Gas Sensor Semiconductor TGS 2201
ABSTRACT
The increasing of gas NO2 concentration in the air , a parameter of air
pollution, as an effect of vehicle traffic density and industry needs more attention because it is very dangerous to people health, even it can cause death.
In order to know the degree of NO2 immediately, used sensor gas semiconductor
2201 invented by Figaro, in order to process ADC and take data, used microcontroler AT Mega 8535, and then data processing in computer program. This research was done by veriating the consentration of gas NO2 and writing the
result of tension of sensor output determine the consentration of gas NO2 using
the program in order to product direct output in digital number.
The given variation of concentration NO2 shows that the higher is concentration
gas NO2 ,the lower is the value of tension of sensor output . Concentration of gas
NO2 is determined by using gas sensor semiconductor TGS 2201
Keyword : NO2 gas, gas sensor semiconductor TGS 2201, AT Mega 8535.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas kasih setia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan Tesis ini.
Terimakasih yang sebesar-besarnya kami ucapkan kepada Pemerintah Provinsi Sumatera Utara c.q. BAPPEDA dan Pemerintah Kabupaten Dairi melalui Bupati Dairi yang memberikan bantuan moril dan surat izin belajar sehingga meringankan beban selama perkuliahan dan dalam penyelesaian Tesis ini.
Dengan selesainya Tesis ini perkenankanlah saya ucapkan kepada Rektor Universitas Sumatera Utara Prof. Dr.dr.Syahril Pasaribu DTM & H. MSc (CTM).Sp.A (K), atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada kami untuk menyelesaikan pendidikan program Magister, Dekan FMIPA Universitas Sumatera Utara Dr. Sutarman, MSc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara .
Ketua Program Studi Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D, Sekretaris Program Studi Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Ilmu Kimia. atas kesempatan yang diberikan kepada kami untuk menjadi mahasiswa program Magister pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara.
Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan yang setinggi- tingginya saya ucapkan kepada:
1. Bapak Prof. Dr. Harlem Marpaung selaku pembimbing utama dan kepada
Bapak Henry Hasian Lumbantoruan ST, MT, selaku pembimbing dua yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian dan tesis ini.
2. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, M.S., Ph.D, Bapak Dr. Hamonangan
Nainggolan, MSc, Bapak Jamahir Gultom Ph.D selaku penguji yang banyak memberikan masukan dan saran untuk menyelesaikan Tesis ini.
3. Bapak Faisal selaku Kepala Laboratorium Fisika di Balai Teknik Kesehatan
Lingkungan (BTKL) Depkes Medan yang telah membantu dalam pengadaan kelengkapan alat serta pengoperasiannya sehingga penelitian ini dapat diselesaikan.
4. Bapak Kepala Dinas pendidikan dan Kabid dikmen Kab. Dairi beserta staf
yang memberikan rekomendasi kepada saya sehingga saya dapat mengikuti test dan diterima di Magister kimia USU.
5. Bapak Drs Naek Kamal Lumbantobing selaku kepala SMA Negeri 1
Sidikalang dan teman- teman sejawat guru SMA Negeri 1 Sidikalang
beserta staf yang selalu memberi dorongan sehingga dapat menyelesaikan Program Magister Studi Kimia pada Sekolah Pascasarjana USU, atas segala bentuk bantuannya.
6. Orangtua saya ayahanda K. Silalahi dan ibunda T.R. br Sirait dan bapak
mertua K. Hutasoit dan ibu mertua A. br Simanjuntak serta isteri tercinta Hot Linda Hutasoit yang selalu memberi dorongan dan memberangkatkan setiap minggu untuk mengikuti perkuliahan demikian juga anak-anak saya terkasih Lisdon Marselinus Silalahi dan Tedy Naldo Iqnatius Silalahi, serta seluruh keluarga tercinta yang dengan penuh kasih sayang memberikan dorongan yang disertai dengan doa sehingga saya dapat menyelesaikan pendidikan ini.
7. Teman – teman angkatan 2009 Sekolah Pascasarjana USU Program Studi
Ilmu Kimia yang telah banyak memberikan bantuan moril dan dorongan yang selalu bersama dalam perkuliahan ataupun diluar perkuliahan.
Semoga tulisan ini memberikan manfaat bagi perkembangan ilmu kimia dan kemajuan Ilmu Pengetahuan khususnya Kimia Analitik.
Medan, Juni 2011
Penulis,
ARIPIN SILALAHI
DAFTAR ISI
2.5. Sensor gas semikonduktor ...12
2.5.1 Cara kerja sensor gas semikonduktor...12
2.6. Sensor gas TGS ...14
2.6.1. Pengukuran dasar sirkuit...16
2.7. Gastech Analizer Eurotron 6000...17
2.8. Mikro kontroler AT Mega 8535 ...18
BAB III. METODE PENELITIAN... ...20
3.3.4. Pembuatan grafik hubungan tegangan keluaran sensor dengan konsentrasi gas NO2...21
4.2. Pengukuran tegangan keluaran sensor dengan penambahan volume gas NO2...25
DAFTAR GAMBAR
omor Judul Halaman
2.1. Pelat tipis sensor...11
2.2. Ketika sensor mendeteksi adanya gas ...13
2.3 Komponen sensor gas TGS...15
2.4 Karakteristik sensitifitas sensor...16
2.5 Sirkuit sensor...17
2.6 Sensor Gastech Analizer Eurotron 6000...18
2.7 Alat Mikrokontroler AT Mega 8535... 19
4.1 Grafik tegangan keluaran sensor dengan konsentrasi gas NO2 28
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
2.1 Toksitas relatif polutan udara ...6 4.1 Data hasil pengukuran konsentrasi gas NO2...24
4.2 Data hasil pengukuran tegangan keluaran sensor
dengan perubahan volume gas NO2...26
4.3 Pengolahan data tegngan keluaran sensor dengan
konsentrasi gas NO2...27
4.4 Konsentrasi gas NO2 hasil pembacaan Gastech Analizer
dan pembacaan sensor TGS 2201...29
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman
1. Gambar 1 : Pembuatan sampel gas NO2...34
2. Gambar 2 : Merangkai alat sensor...34 3. Gambar 3 : Pengambilan data ke laptop...35 4. Gambar 4 : Proses Pengukuran konsentrasi gas NO2 35 35
3. Surat keterangan izin penelitian dari BTKL Depkes RI ...36 4. Surat Keterangan selesai melakukan Penelitian
Dari BTKL Depkes RI 37
PENENTUAN KADAR GAS NITROGEN DIOKSIDA (NO2) MENGGUNAKAN SENSOR GAS SEMIKONDUKTOR TGS 2201
ABSTRAK
Meningkatnya konsentrasi gas NO2 diudara yang merupakan parameter
pencemaran udara sebagai dampak kepadatan lalulintas kendaraan bermotor dan industri perlu diperhatikankarena cukup bebahaya bagi kesehatan manusia dan dapat mengakibatkan kematian.
Untuk mengetahui kadar NO2 dengan cepat digunakan sensor gas semikonduktor
TGS 2201 keluaran Figaro, untuk proses ADC dan untuk pengambilan data digunakan mikrokontroler jenis AT Mega 8535, selanjutnya pengolahan data dilakukan dengan program pada computer.
Penelitian ini dilakukan dengan mempariasikan konsentrasi gas NO2 dan mencatat
hasil tegangan keluaran sensor. untuk menentukan konsentrasi gas NO2 melalui
program menghasilkan keluaran langsung dengan angka digital.
Dari variasi konsentrasi gas NO2 yang diperoleh menunjukkan bahwa dengan
semakin meningkat konsentrasi gas NO2 harga tegangan keluaran sensor semakin
rendah. Konsentrasi gas NO2 dapat ditentukan dengan sensor gas semikonduktor
TGS 2201.
Kata Kunci : gas NO2, Sensor gas semi konduktor TGS 2201, AT Mega 8535
Determination of Rate Nitrogen Dioxide (NO2)
Use Gas Sensor Semiconductor TGS 2201
ABSTRACT
The increasing of gas NO2 concentration in the air , a parameter of air
pollution, as an effect of vehicle traffic density and industry needs more attention because it is very dangerous to people health, even it can cause death.
In order to know the degree of NO2 immediately, used sensor gas semiconductor
2201 invented by Figaro, in order to process ADC and take data, used microcontroler AT Mega 8535, and then data processing in computer program. This research was done by veriating the consentration of gas NO2 and writing the
result of tension of sensor output determine the consentration of gas NO2 using
the program in order to product direct output in digital number.
The given variation of concentration NO2 shows that the higher is concentration
gas NO2 ,the lower is the value of tension of sensor output . Concentration of gas
NO2 is determined by using gas sensor semiconductor TGS 2201
Keyword : NO2 gas, gas sensor semiconductor TGS 2201, AT Mega 8535.
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Konsentrasi CO dan NO2 merupakan parameter pencemaran udara yang sangat
perlu diperhatikan karena merupakan dampak dari kepadatan lalulintas kendaraan bermotor. Apabila di atas standar baku mutu maka gas tersebut cukup berbahaya bagi kesehatan manusia bahkan dapat mengakibatkan kematian. Kendaraan
bermotor merupakan sumber utama CO dan NO2 terutama pada kendaraan kurang
terawat secara baik. Konsentrasi NO2 yang tinggi dapat mengakibatkan kejang
kejang akibat gangguan urat syaraf dan dapat pula mengakibatkan kelumpuhan bila keracunan berlanjut. (Tugaswati, 2007)
Nitrogen dan oksigen tidak bereaksi pada suhu rendah, tetapi pada suhu tinggi, kedua gas itu dimungkinkan bereaksi sebagai berikut :
N2 (g) + O2 (g) → 2 NO (g)
Gas NO yang dihasilkan, teroksidasi lebih lanjut membentuk NO2. Campuran
NO dan NO2 sebagai pencemar udara biasa ditandai dengan lambang NOx.
Gas NOx adalah termasuk salah satu Gas Rumah Kaca. Gas Rumah Kaca perlu dikendalikan supaya tidak merusak lingkungan oleh karena itu deteksi gas ini perlu dipantau. Untuk mendeteksi gas-gas beracun ini dapat dilakukan menggunakan sensor kimia.
Sensor kimia terutama digunakan untuk mengukur konsentrasi senyawa, khusus dalam lingkungan gas dan cair, dimana sensor secara khusus merubah informasi kimia ke dalam sinyal listrik. Karena sifat-sifat fisika dari gas dan cairan berhubungan erat dengan konsentrasi senyawa kimianya. Sensor kimia melakukan pengukuran analitik terhadap zat tertentu dengan cepat, halus dan dalam beberapa kasus dilakukan secara terus menerus.
Penelitian terdahulu telah dipelajari pembacaan analisis sensor gas semi
konduktor terhadap gas pencemar seperti gas CO dan CO2. Pada penelitian tersebut
perubahan konsentrasi mengakibatkan perubahan resistansi yang kemudian dikalibrasi dengan konsentrasi standar.
Pada penelitian ini dilakukan pengukuran kadar gas NO2 secara langsung
dengan sensor semikonduktor. Jenis sensor yang digunakan dalam penelitian ini
untuk mendeteksi dan menentukan kadar gas NO2 adalah sensor gas semikonduktor
yang dinamakan Taguchi Gas Sensor (TGS). Sensor ini mempunyai keunggulan harganya murah, bentuknya kecil, mudah dipindahkan (portable), menggunakan arus listrik yang rendah dan memiliki sensitifitas tinggi. Sebagai pengubah data analog sensor TGS menjadi data digital digunakan suatu alat mikrokontroler jenis ATMega 8535 yang diolah lebih lanjut menggunakan komputer.
1.2. Permasalahan
1.2.1 Bagaimana langsung mengukur gas NO2 dengan sensor gas
semikonduktor
1.2.2 Berapa rentang konsentrasi gas NO2 yang dapat diukur dengan sensor
gas semikonduktor.
1.3. Pembatasan masalah
Penelitian dilakukan terhadap konsentrasi gas NO2 dengan menggunakan
sensor gas semikonduktor.
1.4 Tujuan Penelitian
1.4.1 Menentukan kadar gas NO2 (Nitrogen dioksida) dengan cepat
menggunakan sensor gas semikonduktor.
1.4.2 Menentukan rentang konsentrasi NO2 yang dapat diukur sensor gas
semikonduktor.
1.5 Manfaat Penelitian
Dari penelitian ini diharapkan :
Dapat memberikan informasi pada masyarakat tingkat pencemaran dan konsentrasi gas NO2 diudara.
1.6 Metodologi Penelitian
Jenis penelitian yang dilakukan adalah metode eksperimen, kadar NO2
sebagai variable bebas dan tegangan keluaran sensor sebagai variabel terikat.
Sensor gas semikonduktor TGS 2201 dikalibrasi lebih dahulu terhadap gas NO2.
Kalibrasi sensor dilakukan dengan cara mengubah konsentrasi gas standar. Kemudian pengolahan data dilakukan pada komputer menggunakan program
hingga diperoleh konsentrasi gas NO2 keluaran langsung dengan angka. Dan
dilakukan terhadap masing-masing konsentrasi gas NO2.
1.7 Lokasi Penelitian Penelitian dilakukan di :
Laboratorium Kimia Analitik FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Laboratorium Balai Teknik Kesehatan Lingkungan Departemen Kesehatan Republik Indonesia
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Gas Nitrogen oksida sebagai Zat Pencemar
Pencemaran udara diartikan sebagai adanya bahan-bahan atau zat-zat asing di dalam udara yang menyebabkan perubahan susunan (komposisi) udara dari keadaan
normalnya. Kehadiran bahan atau zat asing di dalam udara dalam jumlah tertentu serta berada di udara dalam waktu yang cukup lama, akan dapat mengganggu kehidupan manusia. Bila keadaan seperti itu terjadi maka udara dikatakan telah tercemar.
Oksida nitrogen (NOx), yang terdiri dari nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2), dihasilkan dari sumber alamiah, kendaraan
bermotor dan proses pembakaran bahan bakar. NO dihasilkan ketika pembakaran bahan bakar pada temperature tinggi, di dalam gas buangan. Nitrogen monooksida (NO) dihasilkan dari buangan proses pembakaran dari
transportasi dan akan segera teroksidasi di atmosfer membentuk NO2(Parra,2005 ).
Gas NOx juga dihasilkan secara alami di udara, reaksi temal gas nitrogen di udara yang membentuk ikatan antara molekul N dan O dibantu oleh kilat dan halilintar pada temperatur 1200°C-1765°C membentuk reaksi
N2 (g) + O2(g) → 2NO (g)
2NO (g) + O2 (g) → 2NO2 (g)
Komposisi dan konsentrasi gas NOx di udara bervariasi, tergantung pada tempat, waktu dan kondisi cuaca di lingkungan. Sebagai contoh jumlah
NO2 pada daerah perkotaan cenderung meningkat, karena banyaknya sumber
pembakaran yang mengahasilkan gas NOx
Masalah utama yang diakibatkan dari pencemaran gas NOx diantaranya adalah hujan asam dan kabut fotokimia. Hujan asam terjadi karena bereaksinya gas NO dengan oksigen dan uap air di atmosfer sehingga menghasilkan asam nitrit, mengakibatkan air hujan yang turun akan memiliki pH yang rendah dengan reaksi
4 NO (g) + O2 (g) + 2 H2O (l) → 4 HNO2 (aq)
Hujan asam dapat menyebabkan kerusakan pada benda-benda yang terbuat dari logam, kendaraan, bangunan-bangunan bersejarah, jaringan luar pada tumbuh-tumbuhan, dan biota laut. Kabut fotokimia terjadi karena adanya interaksi gas NOx dengan hidrokarbon hasil emisi yang dibantu sinar
ultraviolet. Kabut fotokimia berbahaya bagi manusia karena dapat menyebabkan iritasi pada mata, kulit, dan paru-paru. Selain itu kabut fotokimia juga dapat menyebabkan kerusakan pada tumbuhan.
Terdapat 2 jenis pencemar yaitu sebagai berikut :
a. Zat pencemar primer, yaitu zat kimia yang langsung mengkontaminasi udara dalam konsentrasi yang membahayakan. Zat tersebut bersal dari komponen udara alamiah seperti karbon dioksida, yang meningkat diatas konsentrasi normal, atau sesuatu yang tidak biasanya, ditemukan dalam udara, misalnya timbal.
b. Zat pencemar sekunder, yaitu zat kimia berbahaya yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi kimia antar komponen-komponen udara.
Polutan udara primer yaitu polutan yang mencakup 90% dari jumlah polutan udara seluruhnya dapat dibedakan menjadi lima kelompok sebagai berikut:
1. Karbon monooksida (CO)
2. Nitrogen oksida (NOx)
3. Hidrokarbon (HC)
4. Sulfur dioksida (SOx)
5. Partikel
Toksisitas kelima kelompok polutan tersebut berbeda-beda, dan tabel berikut menyajikan toksisitas relatif masing-masing kelompok polutan tersebut. Ternyata polutan yang paling berbahaya bagi kesehatan adalah partikel-partikel, diikuti berturut-turut dengan NOx, SOx, hidrokarbon, dan CO.
Tabel 2.1 Toksitas relative polutan udara LEVEL TOLERANSI
Sumber : Manahan, 1994
2.2. Gas Nitrogen dioksida (NO2)
Gas Nitrogen dioksida dengan rumus molekul NO2 merupakan gas berwarna
coklat kemerahan berbau tajam menyengat dan sangat beracun. Memiliki Massa Rumus 46,0055, massa jenis 0,0034 gr/ml, Volume Molar 22,393 liter. Nitrogen dioksida biasanya terbentuk melalui oksidasi oleh oksigen di udara:
2 NO + O 2→ 2 NO2
Di laboratorium, NO2 dapat dibuat dengan cara dekomposisi termal dari
pentoksida dinitrogen, yang diperoleh melalui dehidrasi asam nitrat: 2 HNO 3→ N2O5 + H2O
2 N2O5 → 4 NO2 + O2
Dekomposisi termal logam beberapa nitrat juga mampu menghasilkan gas NO 2:
2 Pb(NO3)2 → 2 PbO + 4 NO2 + O 2
Reduksi asam nitrat oleh logam (seperti tembaga). 4 HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + 2 NO 2 +2 H2O
Sumber utama NO2 pada atmosfer adalah dari kendaraan di jalan lalu lintas. .
Sumber utama lainnya adalah dari pembangkit tenaga listrik, pabrik pemanas, dan proses industri. Oksida Nitrogen (NOx) adalah kelompok gas nitrogen yang terdapat di atmosfir yang terdiri dari nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen
dioksida (NO2). Walaupun ada bentuk oksida nitrogen lainnya, tetapi kedua gas
tersebut yang paling banyak diketahui sebagai bahan pencemar udara. Nitrogen
monoksida merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. Nitrogen
monoksida terdapat diudara dalam jumlah lebih besar daripada NO2. Pembentukan
NO dan NO2 merupakan reaksi antara nitrogen dan oksigen diudara sehingga
membentuk NO, yang bereaksi lebih lanjut dengan lebih banyak oksigen
membentuk NO2.
Untuk menentukan konsentrasi gas NOx di udara telah di lakukan dengan
menggunakan peralatan spektroskopi analitik yang bekerja berdasarkan serapan
inframerah, spektroskopi resonansi ion, kromatografi gas spektroskopi massa.
Spektroskopi analitik yang bekerja berdasarkan serapan inframerah peralatan
tersebut sangat mahal, tidak dapat digunakan langsung dilapangan, dan diperlukan
waktu yang lama untuk mengetahui konsentrasi gas NOx (Miura et al., 1994).
Spektroskopi resonansi ion telah digunakan namun tidak akurat dalam analisis
kuantitatif, kromatografi gas spektroskopi massa juga digunakan untuk mendeteksi
gas NOx di udara namun han ya dapat digunakan pada temperatur yang rendah (Szabo
et al., 2003). Metode lain yang dapat digunakan untuk mendeteksi NOx di udara
adalah dengan metode elektro analisis dengan mengembangkan sensor
semikonduktor yang merupakan alternatif metode yang efektif dan efisien.
2.3 Dampak Terhadap Kesehatan
Oksida nitrogen seperti NO dan NO2 berbahaya bagi manusia. Penelitian
menunjukkan bahwa NO2 empat kali lebih beracun daripada NO. Diudara ambient
yang normal, NO dapat mengalami oksidasi menjadi NO2 yang bersifat racun.
Penelitian terhadap hewan kadar NO2 yang lebih tinggi dari 100 ppm dapat
mematikan sebagian besar binatang percobaan dan 90% dari kematian tersebut
disebabkan oleh gejala pembengkakan paru ( edema pulmonari ). Kadar NO2
sebesar 800 ppm akan mengakibatkan 100% kematian pada binatang-binatang yang
diuji dalam waktu 29 menit atau kurang. Pemajanan NO2 dengan kadar 5 ppm
selama 10 menit terhadap manusia mengakibatkan kesulitan dalam bernafas.
2.4 Sensor Kimia
Sensor secara umum didefinisikan sebagai alat yang mampu mengubah fenomena kimia atau fisika, menjadi sinyal listrik yang berkaitan dengan konsentrasinya. Sensor kimia terutama digunakan untuk mengukur konsentrasi senyawa khusus dalam lingkungan gas dan cair, dimana sensor secara khusus merubah informasi kimia ke dalam sinyal listrik. Ada peningkatan permintaan untuk melakukan pengukuran analitik terhadap zat tertentu dengan cepat, halus dan dalam beberapa kasus dilakukan secara terus menerus. Karena sifat-sifat fisika dari gas dan cairan itu berhubungan erat dengan konsentrasi senyawa kimia, sensor untuk penentuan sifat fisika, seperti viskositas dan kerapatan terus mengalami peningkatan.
Sensor kimia diajukan untuk berbagai kondisi lingkungan – terutama dalam pengolahan makanan atau sistem pembuangan dimana konsentrasi berbagai senyawa dinyatakan pada sensor. Masalah penting dalam sensor kimia adalah mendapatkan beberapa tingkat selektivitas yang ideal dan tertinggi. Rata-rata selektivitas ideal, respon terhadap senyawa spesifik dan juga respon nol terhadap senyawa lain.
2.4.1. Beberapa tipe sensor Kimia.
Sensor Kimia elektrolit padat yang bekerja berdasarkan prinsip
elektrokimia, merupakan prinsip sensor yang paling tua yang telah berkembang. Pengembangan yang cukup pesat tentang membran sensor dari elektrolit padat telah terjadi sejak tahun 1930 an. Sensor elektrolit padat
adalah sensor yang menggunakan lempengan sel elektrolit yang disekat dengan dua elektroda dan biasanya ditambahkan dengan pengatur temperatur. Pengembangan berikutnya juga terus terjadi pada sensor jenis ini yang pada dekade belakangan dikenal dengan sebuat NASICON sensor. Dengan usianya yang relatif lebih tua dibandingkan dengam motode sensor lainnya, elektrolit padat merupakan sensor kimia yang paling banyak
diproduksi dalam dunia sensor komersial dibandingkan dengan jenis sensor lainnya.
Sensor Kimia Optik, Metode sensor ini adalah dengan berdasarkan pada
teknologi optik dimana penyerapan suatu gas atau cairan kimia tertentu pada suatu bahan akan mengakibatkan perubahan pada fenomena optik seperti daya pantul ataupun daya absorpsi suatu cahaya. Meskipun metode ini juga menjanjikan sistem sensor yang akurat, pengembangan yang relatif lebih sulit disamping instrumen yang lebih mahal membuat sensor optik pada kenyataannya tidak terlalu banyak dilirik oleh para peneliti.
Sensor kimia model sensitif berat. Sensor tipe ini bekerja dengan
berdasarkan bahan sensor yang mampu menghasilkan gelombang akustik sehingga saat suatu zat kimia melewatinya bahan ini mampu mengkonfersi informasi kimia dari zat tersebut menjadi informasi fisik yaitu dalam bentuk berat (meskipun sangat kecil perubahannya.
Sensor Kimia Semikonduktor adalah sensor yang berdasarkan metal oksida .
Teknologi yang memanfaatkan keunggulan sifat semikonduktor suatu bahan merupakan teknologi yang cukup menjanjikan bagi masa depan mengingat harganya yang murah, bentuknya yang lebih kecil, serta lebih tahan lama. Tidak mengherankan jika dunia sensor masa depan diprediksikan akan didominasi oleh jenis sensor tipe metal oksida ini. Penelitian tentang pengembangan sensor yang ada saat ini pun banyak dialakukan seputar semikonduktor sensor ini. Teknologi semikonduktor memiliki peran yang
siginifikan dalam teknologi sensor mengingat kemampuan konduktifitas dari
semikonduktor yang dapat berubah ubah. Sensor jenis semikonduktor ini pertama kali diperkenalkan pada tahun 1953 setelah seorang peneliti Amerika yaitu John Bardeen dan Walter H Brattain menemukan perubahan konduktifitas suatu bahan semikonduktor setelah terjadi penyerapan gas
kimia pada bahan semikonduktor tersebut.
Pada perkembangan berikutnya dari sensor semikonduktor ini, sentuhan teknologi yang pada kenyataannya mampu menghasilkan bahan semikonduktor yang lebih baik membuat daya tarik lebih besar bagi para peneliti sensor semikonduktor.
2.4.2. Sifat sensor kimia
Sensitifitas, yaitu ukuran seberapa sensitif sensor mengenali zat yang
dideteksinya. Sensor yang baik akan mampu mendeteksi zat meskipun jumlah zat tersebut sangat sedikit dibandingkan gas disekelilingnya.
Selektifitas, yaitu sejauh mana sensor memiliki kemampuan menyeleksi
gas atau cairan yang ingin dideteksinya. Sifat ini tidak kalah penting dengan senitifitas mengingat gas atau cairan yang dideteksi tentunya akan bercampur dengan zat lain yang ada disekelilingnya.
Waktu respon dan waktu recovery, yaitu waktu yang dibutuhkan sensor
untuk mengenali zat yang dideteksinya. Semakin cepat waktu respon dan waktu recoveri maka semakin baik sensor tersebut.
Stabilitas dan daya tahan, yaitu sejauh mana sensor dapat secara
konsisten memberikan besar sensitifitas yang sama untuk suatu gas, serta seberapa lama sensor tersebut dapat terus digunakan.
Keempat sifat sensor ini merupakan sifat yang senantiasa diidentifikasi oleh para peneliti untuk mendapatkan sensor yang berkualitas baik.
2.4.3 Dasar Teoritis Sensor Kimia
Struktur Kristal dari semikonduktor seperti SnO2 mengandung elektron
berlebihan dan saat sensor kontak dengan di udara, oksigen diserap secara kimia pada permukaan dengan reaksi berikut :
O2 + 2e 2O-ad
Berikut gambar pelat sensor gas :
Gas
Reaksi dipermukaan dengan oksigen, gas oksigen menyerap elektron dari dari
SnO2 memiliki kelebihan elektron. Reaksi ini mengarah pada konduktivitas listrik
yang diukur sebagai resistensi listrik yang tinggi.
Setelah kontak dengan gas , maka reaksi permukaan diperlihatkan dalam persamaan :
Gas + O-ad GasO + e
Dalam hal ini, gas menyerap oksigen secara kimia dan teroksidasi. Gas teroksidasi dapat bertindak sebagai zat pereduksi yang dirasakan dengan tipe sensor melalui reaksi diatas mengarah pada oksidasi dan reduksi yang melibatkan transfer elektron.
Reaksi Gas + O-ad GasO + e, apabila konsentrasi gas meningkat
maka “O-ad” yang diadsorbsi semakin banyak. Elektron yang lepas dari permukaan
lapisan SnO2 meningkat mengakibatkan peningkatan konduktivitas listrik pada
lapisan SnO2 dan pengurangan resistensi listrik. Dalam hal ini, gas dapat dianggap
sebagai donor elektron. Karena jumlah elektron yang dimiliki setiap gas tidak sama maka pembacaan sensor kimia secara spesifik untuk setiap gas yang akan disensing dengan konsentrasi tertentu.
2.5. Sensor gas semikonduktor
Sensor gas semikondutor adalah sejumlah komponen elektronik yang menggunakaan sifat-sifat materi semikonduktor, yaitu Silikon, Germanium dan Gallium Arsenide. Alat-alat semikonduktor ini menggunakan konduksi elektronik
dalam bentuk padat (solid state), bukannya bentuk hampa (vacuum state) atau
bentuk gas (gaseous state). Elemen sensing yang digunakan adalah material Tin
oksida (SnO2). Sensor ini mempunyai keunggulan harganya murah, bentuknya
kecil, mudah dipindahkan (portable), menggunakan arus listrik yang rendah dan memiliki sensitifitas tinggi.
2.5.1 Cara Kerja Sensor Gas Semi konduktor
Bahan detector semi konduktor adalah metal oksida, khususnya SnO2 .
Didalam sensor arus listrik mengalir melewati daerah sambungan dari Kristal
SnO2. Ketika sensor kontak dengan udara oksigen dari udara diserap pada
permukaan dengan menangkap electron, dengan persamaan: O2 + 2e → 2O-ads
Penyerapan oksigen menghalangi muatan untuk bergerak bebas yang dihitung sebagai resistensi listrik yang tinggi.
Gambar berikut menunjukkan model penghalang potensial antar butir
Kristal mikro SnO2 pada keadaan tanpa adanya gas yang terdeteksi.
Keterangan:
eVs = nilai energi penghalang permukaan
Jika sensor kontak dengan gas yang disensing maka gas tersebut akan bereaksi dengan oksigen yang terserap pada permukaan. Sehingga gas dapat dioksidasi dan bertindak sebagai zat pereduksi dengan persamaan reaksi:
G + O-ads→ GOdes + e
Reaksi ini menghasilkan electron yang merupakan peningkatan
konduktivitas listrik lapisan SnO2, yaitu pengurangan resistansi listrik yang
sebanding dengan konsentrasi gas. Dalam hal ini gas dianggap sebagai donor electron.Makin tinggi konsentrasi gas maka resistensi sensor akan semakin turun.
Gambar 2.2 : gambar ketika sensor mendeteksi adanya gas
Hubungan antar tahanan sensor dan konsentrasi gas pereduksi pada suatu rentang konsentrasi gas dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
Rs = A [C]-α , dengan :
Rs = tahanan listrik sensor
A = konstanta
[C] = konsentrasi gas
α = gradient dari kurva Rs
2.6 Sensor Gas TGS 2201
Sensor ini adalah sebuah sensor kimia atau sensor gas yang mempunyai nilai resistansi (Rs) yang akan berubah bila terkena emisi gas di udara. Sensor gas TGS
2201 memiliki sensitivitas yang tinggi terhadap gas CO, NO, NO2, H2 dan
senyawa hidrokarbon. Jika sensor tersebut mendeteksi keberadaan salah satu
komponen gas diudara, misalnya gas NO2 dengan tingkat konsentrasi tertentu maka
resistansi elektrik sensor tersebut akan bertambah. Sehingga tegangan yang dihasilkan oleh output sensor akan semakin rendah.
Selain itu, sensor juga mempunyai sebuah pemanas (heater) yang digunakan untuk membersihkan ruangan sensor dari kontaminasi udara luar, agar sensor dapat bekerja kembali secara efektif. Secara umum bentuk dari sensor gas jenis TGS dapat dilihat pada gambar 2.3 berikut :
Gambar 2.3. Ilustrasi gambar komponen sensor TGS
Untuk mengukur karakteristik sensitivitas dari suatu gas, semua data diuji pada kondisi standar.
Sumbu Y axis menunjukkan rasio resistansi sensor (Rs/R0), dengan ketentuan :
* Rs = sensor perlawanan dari gas dengan berbagai konsentrasi
* R0 = resistansi sensor dalam udara bersih
Berikut ini dapat dilihat karakteristik sensitivitas sensor terhadap gas NO2
Gambar2.4 . Karakteristik Sensitifitas sensor 2.6.1 Pengukuran Dasar Sirkuit
Sensor memerlukan dua imput tegangan yaitu tegangan pemanas (VH) dan
tegangan sirkuit (VC) tegangan pemanas (VH) diletakkan ke pemanas yang
terintegrasi untuk menjaga elemen sensing pada suhu tertentu yang optimal untuk sensing atau penginderaan. Tegangan sirkuit diaplikasikan untuk mengukur tegangan keluaran VRL1 dan VRL2 yang masing–masing disilangkan dengan RL1 dengan RL2. Masing–masing beban resistor dihubungkan secara seri dengan komponen–komponen yang berhubungan dengan sensing.
Umumnya sirkuit listrik dapat digunakan untuk kedua tegangan sirkuit dan tegangan pemanas guna pemenuhan kebutuhan listrik sensor. Beban nilai resistor untuk mengoptimalkan nilai ambang alarm, untuk menjaga dissipasi daya dari semi
konduktor dibawah 15 mW. Dissipasi daya tertinggi Ps ketika nilai dari RS adalah untuk RL pada penyerapan gas nilai daya dissipasi (Ps) dapat dihitung dengan rumus.
Tahanan sensor dapat dihitung dengan rumus berikut :
Gambar sirkuit seonsornya dapat dilihat dibawah ini
Gambar 2.5 Sirkuit Sensor 2.7 Gastech Analizer Eurotron 6000
Gastech Analizer Eurotron 6000 merupakan sensor elektrokimia yang
bekerja berdasarkan reaksi antar komponen sensor dengan analit yang berupa gas dan menghasilkan signal elektrik yang setara dengan konsentrasi analit. Sensor
Gastech Analizer Eurotron 6000 dapat menentukan konsentrasi gas NO2, O2, CO2,
NO dan SO2. Sensor ini mempunyai kelebihan mudah dioperasikan dan merespon
dengan cepat dapat menentukan konsentrasi gas dalam kurun waktu 50 detik, dan mempunyai monitor display menunjukkan angka konsentrasi gas yang diukur.
Akurasi sensor menetukan konsentrasi gas NO2 dengan rentang 0 sampai dengan
1000 ppm.
Gambar 2.6 Sensor Gastec Analizer Eurotron 6000 2.8 Mikrokontroler AT Mega – 8535.
Mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Alat ini dihubungkan ke rangkaian sensor untuk mengambil data yang akan dikirim ke komputer. (htpp://Mikrokontroler.Tripod.com/6805 bab 1.html).
Mikrokonroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mengandung beberapa peripheral yang langsung dimanfaatkan. Misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital dan sebagainya. Secara teknis mikrokontroler ada 2 jenis yaitu :
Mikrokontroler berbasis RISC (Reduced Instruction Set Computer).
Mikrokontroler berbasis CISC (Compleks Instruction Set Computer).
Untuk penelitian ini digunakan mikrokontroler jenis AT Mega-8535 yang berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz. Dengan ukuran memori flash 8 KB, SRAM sebesar 512 byte, EEPROM sebesar 512 byte. Dilengkapi dengan fitur ADC internal dengan resolusi 8 bit sebanyak 8 channel, port komunitas serial
USART dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. Mikrokotroler AT Mega-8535 memiliki mode sleep untuk penghematan penggunaan daya listrik.
Gambar mikrokontroler ATMega 8535 dapat dilihat di bawah ini :
Gambar 2.7. Alat Mikrokontoler ATMega 8535
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Alat - alat
Alat-alat yang digunakan
- Sensor gas TGS 2201 keluaran Figaro
- Mokrokontroler ATMega 8535
- Gastach Analiger Merek Eurotron 6000
- Laptop / Komputer
3.3. Prosedur Penelitian 3.3.1. Pembuatan gas NO2
Gas NO2 dibuat dengan cara pemanasan Timbal (II) nitrat Pb(NO3)2
dengan persamaan reaksi : 2 Pb(NO3)2 → 2 PbO + 4 NO2 + O2
Gas NO2 yang dihasilkan ditampung dalam tabung kemudian konsentrasinya
diukur dengan sensor Gastech Analizer Eurotron 6000. 3.3.2 Penentuan konsentrasi gas NO2
Penentuan konsentrasi gas NO2 menggunakan sensor Gastach Analizer
Eurotron 6000 dengan langkah-langkah sebagai berikut :
a. Menggunakan sensor gas Gastach Analiger
- Alat di on kan
- Pada monitor display pilih standar test
- Kemudian tunggu sampai angka konsentasi gas pada display menunjuk
angka nol.
b. Penentuan konsentrasi gas NO2 dilakukan dengan langkah berikut:
- Sampel gas NO2 sebanyak 5 ml dimasukkan kedalam wadah bervolume
5250 ml.
- Masukkan alat sensor kedalam wadah dan wadah ditutup rapat.
- Kemudian tunggu angka konsentrasi gas NO2 terbaca pada display angka
tertinggi merupakan konsentrasi gas yang diukur.
c. Dengan perlakuan yang sama dilakukan pada pengukuran konsentrasi gas
NO2 dengan penambahan sampel gas sebanyak 10 ml, 15 ml dan 20 ml
Setelah dihasilkan konsentrasi gas pada setiap pengujian dengan
perubahan volume gas NO2 yang ditambahkan maka dapat ditentukan
konsentrasi gas NO2 pada sampel dengan menggunakan persamaan
pengenceran.
3.3.3. Uji Tegangan keluaran sensor
- Gas NO2 yang diketahui konsentrasinya berdasarkan perhitungan
persamaan pengenceran dilewatkan melalui alat sensor TGS , kemudian diukur tegangan keluarannya dengan cara menghubungkannya dengan mikrokontroler AT Mega 8535 dari mikrokontroler dihubungkan dengan
laptop dan dilakukan untuk setiap konsentrasi gas NO2 yang ditentukan.
3.3.4 Pembuatan Grafik Hubungan Tegangan keluaran Sensor dengan konsentrasi gas NO2
Pembuatan grafik antara tegangan keluaran sensor versus konsentrasi gas
NO2 dilakukan pada Laptop dengan Program. Data tegangan keluaran sensor
diletakkan pada sumbu tegak dan konsentrasi gas NO2 pada sumbu mendatar.
Kemudian titik yang diperoleh dihubungkan satu dengan yang lain dengan garis
mulus yang menggambarkan hubungan antara konsentrasi gas NO2 dengan rasio
tegangan keluaran sensor gas semi konduktor.
Pengambilan dan pengolahan data tegangan keluaran sensor serta penyajiannya dalam bentuk grafik dilakukan secara otomatis dengan mikrokontroler dan laptop/ komputer. Selanjutnya grafik yang diperoleh digunakan
untuk menentukan konsentrasi gas NO2.
3.3.5. Persamaaan Garis Linier
Pembuatan persamaan garis liniear (Y = aX ± b) yang mana Y= tegangan
keluaran sensor, X = konsentrasi NO2, a = gradien dan b = perpotongan
garis dengan sumbu Y, dilakukan pada Laptop dengan Program
3.3.6. Program Keluaran Langsung
Aplikasi persamaan garis linier untuk menentukan konsentrasi gas
dilakukan melalui program.
3.3.7. Penentuan Kadar Konsentrasi Gas NO2
Hasil program keluaran langsung dinyatakan dengan angka.
3.4. Bagan Penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut
Sampel gas NO2
….. ppm
…...ppm
Pengambilan data Dengan sensor TGS 2201
Proses data Dengan mikrokontroler AT Mega8535
Ambil data dan simpan data pada komputer/laptop
Selesai/belum Mulai
Buat Kurva Grafik tegangan keluaran dengan konsentrasi gas NO2
Buat persamaan garis linear
Buat program keluaran langsung
Penentuan konsentrasi
Selesai
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengukuran konsentrasi gas NO2
Pengukuran konsentrasi gas NO2 dengan menggunakan alat Gastach
Analiger Merek Eurotron 6000 buatan Italia (alat yang digunakan BTKL Medan) Pengukuran dilakukan sebagai berikut :
Hasil yang diperoleh melalui penambahan volume gas NO2 dalam wadah
sehingga diperoleh data pada tabel 4.1 berikut ini: Tabel 4.1. Data hasil pengukuran konsentrasi gas NO2
Satuan konsentrasi hasil pengukuran dengan sensor Gastach Analiger dinyatakan
dalam satuan mg/m3. Satuan mg/m3 dikonversi kesatuan ppm dengan persamaan :
BM = Berat molekul gas Ppm =
mg/m3 24,45 konversi untuk volume 1 mol gas
pada suhu 25 ˚C, 1 atm x 24,45
BM
Penentuan konsentrasi gas NO2 yang ditambahkan (awal) menggunakan persamaan
pengenceran : V1 N1 = V2 N2
V1 = volume gas mula-mula (volume rata-rata)
N1 = Konsentrasi gas mula-mula (ppm)
V2 = Volume gas setelah diencerkan
N2 = Konsentrasi gas (ppm) setelah diencerkan (konsentrasi rata-rata)
Dari data pada tabel 4.1 diperoleh :
Volume rata-rata gas NO2 yang ditambahkan :
( 5 + 10 + 15 + 20)ml
Konsentrasi rata-rata gas NO2 setelah diencerkan :
Maka konsentarsi gas NO2 yang ditambahkan adalah :
N1 =
N1 = 1785 ppm
4.2. Pengukuran tegangan keluaran sensor dengan penambahan volume gas NO2 (perubahan konsentrasi)
Dengan menggunakan persamaan pengenceran maka konsentrasi gas dapat
dihitung dengan perubahan volume gas yang ditambahkan. Setelah dilakukan
pengujian terhadap perubahan volume gas NO2 yang ditambahkan kedalam wadah
diperoleh data-data tegangan, tegangan keluaran dan resistansi sensor yang secara otomatis dihasilkan sensor dan rangkaian mikrokontroler dengan komputer dengan hasil sebagai berikut :
Tabel 4.2. Data hasil pengukuran tegangan keluaran sensor dengan penambahan
4.3. Grafik Tegangan Keluaran dengan konsentrasi gas NO2 dan Persamaan garis linier
Proses pembuatan grafik antara konsentrasi gas NO2 dengan Tegangan
Keluaran dilakukan pada program excel 2007. Bila konsentrasi gas NO2 (ppm)
sebagai absis ( X ) diplot dengan besarnya tegangan keluaran sensor sebagai ordinat ( Y ) akan diperoleh grafik. Untuk mendapatkan hubungan linier antara konsentrasi
gas NO2 dengan tegangan keluaran sensor diturunkan persamaan garis regresi
linier dengan metode Least-Square sebagai berikut :
Tabel 4.3. Pengolahan data tegangan keluaran sensor dengan konsentrasi gas NO2
Bila konsentrasi gas NO2 (ppm) sebagai absis ( X ) diplot dengan besarnya
tegangan keluaran sensor sebagai ordinat ( Y ) diperoleh garis liniear Y = aX + b sebagai berikut :
Keterangan :
Xi = Konsentrasi gas NO2 (ppm)
Yi = Tegangan Keluaran Sensor ( Volt)
-36,41
a =
76,87
a = -0.47366
b = y – a x
b = 1.135 - (-0,47366) (3.570)
b = 2.826
Gambar 4.1 Grafik tegangan keluaran sensor dengan konsentrasi gas NO2 Persamaan Garis Liniear melalui perhitungan Program Exel : Y = -0,473X + 2,826 Persamaan ini selanjutnya dimasukkan kedalam program komputer berupa software
sehingga dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi gas NO2 secara langsung.
4.4. Program Keluaran Langsung Konsentrasi Gas NO2
Pembuatan software penentuan konsentrasi gas secara langsung dibuat melalui Persamaan Garis Liniear melalui perhitungan Program Y = -0,473X + 2,826
R = 0,763
Y = Tegangan Keluaran Sensor dan X = Kadar gas NO2.
Maka dalam Program keluaran langsung penentuan kadar NO2 dilakukan
dengan mengubah persamaan garis liniear menjadi :
Y – 2,826
X =
-0,473
Persamaan ini dimasukkan kedalam program sehingga pembacaan tegangan
keluaran sensor oleh alat ditampilkan kadar gas NO2 dalam satuan ppm.
Pengukuran dilakukan terhadap sampel gas NO2 dengan menggunakan alat
Gastach Analiger dan pengukuran dengan sensor TGS 2201 menggunakan program menghasilkan data sebagai berikut :
Tabel 4.4 Konsentrasi gas NO2 hasil pembacaan Gastach Analiger dan Pembacaan sensor TGS 2201
Pembacaan
Jumlah selisih Pembacaan 3.57
Rata-rata selisih Pembacaan 0.51
Perbedaan pembacaan pengukuran yang diperoleh dapat disebabkan rentang konsentrasi gas yang diukur alat sensor sangat berbeda.
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Sensor semi konduktor TGS 2201 jika dihubungkan dengan Mikrokontroler AT Mega – 8535 dan menggunakan program pada komputer dapat
digunakan menentukan konsentrasi gas NO2 secara langsung.
2. Rentang konsentrasi gas NO2 yang dapat diukur sensor TGS 2201 yang
dihubungkan dengan Mikrokontroler AT Mega – 8535 dengan batas 0,34 ppm sampai dengan 7 ppm
5.2 Saran
1. Diharapkan Laboratorium kimia USU memiliki gas standar sehingga dapat
menstandarisasi instrument pada penelitian selanjutnya.
2. Untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat perlu dilakukan penelitian lebih
lanjut menggunakan sensor TGS 2201 dengan menggunakan Mikrokontroler AT Mega 853 menggunakan Analog to Digital Converter (ADC) berosolusi tinngi yaitu 10 bit dan memasukkan fakor koreksi pada program dan pada saat proses kalibrasinya menggunakan alat yang telah dikalibrasi dengan baik.
DAFTAR PUSTAKA
Ahmad Nurdin dan Adrian F.N. Venema.2004.Sensor Tehnology.Institut Tehnologi Bandung.
Basuki,Kris. 2007. Penurunan Konsentrasi CO dan NO2 Pada Emisi Gas Buang
Dengan Menggunakan Media Penyisipan TiO2 Lokal Pada Carbon Aktif.
Jurnal Sekolah Tinggi Teknik Nuklir Batan.
Darmono. 2001. Lingkungan Hidup dan Pencemaran Hubungannya dengan Toksikologi Senyawa Logam. Jakarta: UI Press.
Edmonds, T.E. 1987. Chemical Sensor. New York : Chapman and Hall.
Figaro.G. 2009. Technical Information for Volatile Organic Compound (VOC)Sensors. USA: Figaro USA Inc.
Gentry,S.J. 1988. Chemical Sensors”Catalytic Devise”. New York: Blackie Glasgow and London.
Hidayat,Tomin. 2003. Alat Pendeteksi Gas Buang Kendaraan Bermotor. Surabaya: Jurnal Universitas Petra Surabaya.
http://www.ec.gc.ca/climate/kyoto-e.html
Iwan Setiawan. 2009. Sensor dan Transduser. Bahan Ajar Universitas Diponegoro.
L.Floyd, Thomas. 2007. Principles of Electric Circuits Conventional Current Version .USA: Pearson Prentice Hall
Lumbantoruan, Henry Hasian.2008.Analisis Pengaruh Pemodulasian Terhadap Sensifitas dan Seletifitas Sensor Gas Semikonduktor. Tesis Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya.
Manahan, Stanley E . 1990. Environmental Chemistry. Fifth Edition.USA: Lewis Publisher.
S.A. Hooker, Nanotechnology advantegs applied to gas sensor evelopment, The Nanoparticles Confrence Proceeding, 2002.
Suyantoro, Fl. Sigit (ed). 2007. Pemrograman Mikrokontroler AT MEGA 8535
dengan C/C++ dan Assembler.Yogyakarta: Andi Yogyakarta.
Thalib. 2008. Pengembangan Alat Pemantau Mutu Udara Dengan Mikrokontroler
AT89C51 .Jurnal Seminar Nasional Komputer Dan Sistem Intelijen.Jakarta.
Treadwell F.P. Enlarge and Revised by William T. Hall. Analytical Chemistry. Ninth English Edition. Jhon Wiley & Sons, Inc. New York-London.
Robert W. Cattrall.1997.Chemical Sensor.Oxford University Press
Rukaesih Achmad. 2004. Pemanasan Global. Andi Yogyakarta.
Venema Adrian, Principles of Chemical Microsensors,Lecture Notes at elft University of Technology, 1998.
W.H. Brattain and J. Bardeen, Surface properties of Germanium, Bell Syst Tech. J., 32 (1953).
WWW. Wikipedia, the free encyclopedia
Gambar 1: Pembuatan sampel gas NO2
Gambar2: Merangkai alat sensor
Gambar3: Pengambilan data ke laptop
Gambar 4 : Proses Pengukuran konsentrasi gas NO2
