SKRIPSI
OPTIMALISASI DETEKTOR FOTOAKUSTIK DENGAN MENENTUKAN FREKUENSI RESONANSINYA
Skripsi
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Fisika
Program Studi Fisika
Oleh:
KATARINA WATINI 043214001
PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
OPTIMALISATION OF THE PHOTOACOUSTIC DETECTOR BY DETERMINING ITS RESONANCE FREQUENCY
Skripsi
Precented as Partial Fulfillment of the Requirement to Obtain the Sarjana Sains Degree
In Physics
By:
KATARINA WATINI 043214001
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERCITY
HALAMAN PERSEMBAHAN
Skripsi ini saya persembahkan kepada : Tuhan
Universitas Sanata Dharma
Kedua Orangtua, Adik dan seluruh keluarga saya Romo V. Kirjito
Keluarga Bapak Haris Sriwindono
Motto
OPTIMALISASI DETEKTOR FOTOAKUSTIK DENGAN MENENTUKAN FREKUENSI RESONANSINYA
Abstrak
Detektor fotoakustik merupakan alat ukur konsentrasi gas. Sensitifitas detektor fotoakustik dipengaruhi frekuensi resonansinya. Medium pada sel fotoakustik berupa gas. Frekuensi resonansi detektor fotoakustik dipengaruhi jenis mediumnya.
ABSTRACT
OPTIMALISATION OF THE PHOTOACOUSTIC DETECTOR BY DETERMINING ITS RESONANCE FREQUENCY
Abstract
Photoacoustic detector is an instrument for measuring gas concentration. Photoacoustic detector sensitivity is influenced by its resonance frequency. The medium at photoacoustic cell is gas. The kind of medium will influence resonance frequency.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena segala rahmat dan kasih karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Penulis menyadari bahwa tanpa adanya bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, skripsi ini tidak dapat terselesaikan dengan baik. Oleh karena itu, secara khusus penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Dr.Ign.Edi Santosa M.S selaku dosen pembimbing yang dengan sabar telah membimbing, membantu dan menyemangati selama proses penulisan skripsi ini.
2. Ir.Sri Agustini Sulandari, M.Si selaku ketua jurusan fisika sekaligus dosen penguji.
3. Dr. Agung Bambang Setyo Utomo,SU selaku dosen penguji. 4. Drs. Asan Damanik selaku dosen pembimbing akademik 5. Seluruh Dosen prodi fisika, yang telah membagikan ilmunya.
6. Pak’e dan Biyung “ Matur nuwun sampun karso paring dukungan lan
donga pangestu.”
7. Adik saya tercinta Yohanes Sugeng Prayoga yang menjadi saudara dan teman terbaik saya, yang selalu menjadi motivator saya. Dismas dan Dek Gaby, dan seluruh keluarga yang senantiasa menghibur saya.
8. Rm. V Kirjito yang senantiasa memberkati saya dan Bapak Haris, Ibu Melania yang selalu mendukung saya.
9. Dirgan yang selalu bersama saya, motivator sekaligus lawan diskusi selama masa kuliah terlebih dalam pengerjaan tugas akhir saya. “you are my best friend”.
11.Norberta Yuni Rusmintia selaku menejer saya serta Ardat, Yunika, Mas Didit, Alexa, Upik, Ibu Eko dan Bagas. Teman- teman kos: Ika, Titis, Clara, Encheng, Patmi, Yefin, Mas Wiwit, Mbak Atik, Mbak Ria, Mbak Tanti, Mbak Dwi, Shinta, Arum, Putri, Mas Kanek, Kang Gendot.
12.Seluruh karyawan Universitas Sanata Dharma khususnya Mas Bimo selaku karyawan Lab Analisa.
13.Kakak angkatan atas yang senantiasa berbaik hati, membantu, menguatkan saya Mba Asri, Mba Debora, Mas Mamat, Mas Hari, Lori, Iman, Tri, Ridwan, Gita, Yuda, Adit, Mbak Ayu, Mas Petrik.
14. Semua pihak yang sudah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Akhir kata penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna, sehingga penulis masih menerima adanya kritik dan saran dari berbagai pihak. Besar harapan penulis, semoga skripsi ini bisa memberikan manfaat untuk para pembaca serta memberikan sedikit sumbangan untuk Ilmu Pengetahuan .
DAFTAR ISI
halaman
HALAMAN JUDUL i
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ii
HALAMAN PENGESAHAN iii
HALAMAN PERSEMBAHAN iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA v ABSTRAK vi
BAB III METODE PENELITIAN………... 14
III.A. Tempat Penelitian………... 14
III.B. Rangkaian Percobaan……….. 14
III.C.1. Alat……… 15
III.C.2. Bahan………. 16
III. D. Pengoperasian Alat……… 16
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN……….. 18
IV.A. Hasil ………... 18
IV.A.1 Menentukan frekuensi resonansi detektor fotoakustik... 18
IV.A.2. Mengukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel... 22
IV.B. Pembahasan ... 24
BAB V PENUTUP... 29
V.A. Kesimpulan ... 29
V.B. Saran ... 29
DAFTAR TABEL
halaman
Tabel 2.1 Konstanta dan M untuk gas yang digunakan dalam Penelitian……… 12 Tabel 4.1 Hasil penentuan frekuensi resonansi... 27 Tabel 5.1 Penggunaan klep gas... 30
DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 2.1 Bagan efek fotoakustik... 7
Gambar 2.2 Fenomena eksitasi deeksitasi... 8
Gambar 2.3 Sel fotoakustik yang digunakan dalam penelitian... 10
Gambar 2.4 Bagian-bagian sel fotoakustik... 11
Gambar 3.1 Susunan alat pada detektor fotoakustik………. 14
Gambar 3.2 Detektor fotoakustik yang digunakan dalam penelitian………… 15
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara daya laser terhadap posisi stepermotor.. 18
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap posisi stepermotor………... 19
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi pada medium udara untuk dua daya laser yang berbeda... 19
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi pada medium gas nitrogen untuk dua daya laser yang berbeda... 20
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi pada medium gas nitrogen untuk dua panjang gelom yang berbeda... 21
Gambar 4.6 Grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi pada medium gas Oksigen... 21
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi untuk tiga medium berupa udara, gas Nitrogen dan gas Oksigen... 22
BAB I PENDAHULUAN
I.A. Latar Belakang
Salah satu komoditas ekspor-impor adalah buah-buahan. Untuk menghindari kerugian exporter maupun importer tentunya buah-buahan tersebut harus dipertahankan kualitasnya. Untuk ekspor-impor dengan jarak dekat tidak akan menjadi masalah, tetapi untuk jarak jauh dan memakan waktu yang cukup lama akan menjadi masalah karena tidak semua jenis buah-buahan dapat bertahan lama. Maka perlu adanya usaha untuk mempertahankan kualitas buah-buahanan tersebut, selain untuk mencukupi kebutuhan akan buah-buahan juga mengurangi kerugian pengusaha dan para petani.
Permasalahan kualitas buah-buahan dapat diatasi dengan cara mengatur lingkungannya dengan komposisi tertentu. Buah-buahan biasanya berada pada lingkungan udara yang terdiri dari Oksigen dan Nitrogen. Pengaturan ini dilakukan dengan harapan kualitas buah-buahan dapat dipertahankan kualitasnya. Untuk itu dilakukan pengujian sampel pada beberapa lingkungan. Tingkat kualitas buah-buahan dapat dilihat dari gas yang diproduksinya. Untuk mengetahui konsentrasi gas yang diproduksi oleh buah pada masing-masing lingkungan dibutuhkan alat ukur konsentrasi.
dasar penyerapan cahaya oleh gas. Dengan prinsip serapan cahaya telah dikembangkan berbagai metode pengukuran konsentrasi gas, salah satu diantaranya dengan detektor fotoakustik. Dengan ditemukannya laser dan mikropon yang peka detektor ini menjadi alat ukur konsentrasi yang sangat sensitive dan waktu tanggapnya relative cepat sehingga dapat digunakan secara online [Santosa, 2003]. Selain untuk mengukur konsetrasi gas yang diproduksi buah, alat ini dapat diaplikasikan juga untuk menentukan konsentrasi gas dalam berbagai bidang antara lain biologi, pertanian, medis dan lingkungan. Alat ini juga dapat mengukur konsentrasi gas secara simultan.
Detektor fotoakustik mempunyai beberapa komponen penting antara lain laser, resonator dan mikropon. Laser digunakan sebagai sumber cahaya karena intensitas spektralnya yang tinggi dan dapat ditala. Resonator atau sel fotoakustik merupakan komponen yang berfungsi sebagai tempat konversi dari berkas cahaya laser menjadi sinyal akustik yang akan ditangkap oleh mikrophon. Mikropon kemudian mengirimkan sinyal untuk diolah oleh PC
Sinyal akustik yang ditangkap oleh mikropon terkait juga dengan daya lasernya, konsentrasi molekul yang berada pada sel fotoakustik, koefisien serapan dan juga konstanta sel fotoakustiknya [Santosa, 2003].
fotoakustik oleh gas pembawa. Gas yang berada di dalam sel fotoakustik berperan sebagai medium akustik. Jenis gas yang berperan sebagai medium akan mempengaruhi kecepatan akustik, sehingga secara tidak langsung frekuensi resonansi juga dipengaruhi oleh jenis mediumnya.
Oleh karena itu, dalam pengukuran konsentrasi gas perlu ditentukan terlebih dahulu frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk medium yang akan digunakan supaya dapat melakukan pengukuran konsentrasi pada kondisi sensitif.
Dalam skripsi ini akan dipaparkan tentang bagaimana menentukan frekuensi resonansi detektor fotoakustik. Penentuan frekuensi resonansi detektor fotoakustik itu kemudiaan dimanfaatkan sebagai salah satu pengoptimal penggunaan detektor fotoakustik dalam mengukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi oleh buah apel.
I.B. Perumusan Masalah
Berdasarkan uraian yang telah dikemukakan dalam latar belakang, pokok permasalahan dalam proposal skripsi ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimana menentukan frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk medium udara, gas Nitrogen dan gas Oksigen?
2. Berapa frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk medium udara, gas Nitrogen dan gas Oksigen?
I.C. Batasan Masalah
1. Penentuan frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk medium udara, gas Oksigen, gas Nitrogen untuk detektor fotoakustik yang berada di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Mengoptimalkan kerja detektor fotoakustik dengan menentukan frekuensi resonansi detektor fotoakustik.
3. Mengukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel pada lingkungan udara dan gas Nitrogen.
I.D. Tujuan Penulisan
1. Dapat memahami dan mengetahui tentang detektor fotoakustik.
2. Dapat menentukan kondisi optimum kerja detektor fotoakustik dengan menentukan frekuensi resonansinya.
3. Dapat menentukan frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk medium udara, gas Nitrogen, gas Oksigen.
4. Dapat mengamati proses produksi gas etilen yang diproduksi buah apel pada lingkungan udara dan gas Nitrogen.
penggunaan detektor fotoakustik yaitu dengan menentukan frekuensi reonansi detektor fotoakustik.
3. Memberikan informasi bagi masyarakat dalam bidang ilmu pengetahuan terutama tentang detektor fotoakustik dan tentang proses produksi gas etilen pada buah apel yang diletakan pada lingkungan udara dan gas nitrogen.
I.F. Metode Penelitian
Metode penelitian akan dilakukan dengan studi pustaka dan eksperimen.
I.G. Sistematika Penulisan BAB I. Pendahuluan
Pada bab I akan diuraikan tentang latar belakang masalah yang diangkat, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II Dasar Teori
Pada bab II akan diuraikan tetang dasar-dasar teori pendukung dalam penelitian frekuensi resonansi detektor fotoakustik.
BAB III Metode Eksperimen
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Pada bab IV akan diuraikan tentang hasil penelitian dan pembasan hasil penelitian.
BAB V Penutup
Pada babV berisi kesimpulan dari hasil penelitian dan saran.
DASAR TEORI
II. A. Sinyal Akustik pada Detektor Fotoakustik
Fenomena Fotoakustik pertama kali dikemukakan oleh Alexander Graham Bell pada tahun 1880 [Spike, 2006]. Detektor fotoakustik memiliki keunggulan sensitivitas yang tinggi dan waktu tanggap yang relatif cepat sehingga dapat digunakan secara on-line. Detektor ini dapat mendeteksi lebih dari satu jenis gas secara simultan. Selain itu, detektor ini dapat digunakan untuk mendeteksi gas pada bidang biologi, pertanian, medis dan lingkungan.
Efek Fotoakustik pada dasarnya merupakan konversi antara cahaya menjadi gelombang bunyi. Hal tersebut dapat dijelaskan dengan proses penyerapan cahaya oleh bahan (sampel) yang mengakibatkan perbedaan tekanan sekitar sampel karena fenomena eksitasi-deeksitasi sehingga memunculkan gelombang bunyi hal terebut dapat dijelaskan secara singkat dengan gambar 2.1.[Haisch et al., 2002].
Apabila laser ditala pada frekuensi transisi dari molekul yang ada dalam sel fotoakustik, sebagian tenaga Ei akan tereksitasi ke aras tenaga yang lebih tinggi Ef. Selanjutnya molekul-molekul dengan aras tenaga Ef dapat melepaskan tenaga eksitasinya secara radiasi maupun non-radiasi fenomena tersebut dapat dilihat pada gambar 2.2 [Santosa, 2003]
molekul tersebut akan mentransfer tenaga eksitasinya ke tenaga translasi molekul yang ditumbuknya. Kenaikan tenaga translasi menyebabkan kenaikan suhu dan tekanan. Jika berkas laser dimodulasi, tekanan di dalam sel fotoakustik akan berubah secara periodik. Perubahan tekanan tersebut merupakan sinyal akustik. Sinyal akustik dapat ditangkap oleh mikropon. Perubahan tekanan tersebut dapat dikatakan juga sebagai sinyal akustik.
Sinyal akustik yang dihasilkan atau sinyal keluaran mikropon dipengaruhi oleh daya laser, konstanta sel fotoakustik, konsentrasi gas dan koefisien serapan. Apabila di dalam sel fotoakustik hanya terdapat satu macam gas “g”, hubungan antara keluaran mikropon dan besaran-besaran yang lain dapat dinyatakan dengan persamaan [Santosa, 2003]
dengan Sl adalah keluaran mikropon ketika digunakan laser “l” dengan daya Pl, C adalah konstanta sel fotoakustik, Cg adalah konsentrasi gas “g” dalam sel fotoakustik dan αgl adalah koefisien serapan dari gas “g” pada laser “l”. Dapat diperoleh sinyal ternormalisir dengan daya laser [Santosa, 2003].
II. B. Resonator Akustik pada Detektor Fotoakustik
Sensitivitas detektor fotoakustik merupakan hal yang sangat penting karena detektor fotoakustik bekerja pada orde yang sangat kecil (ppb). Dari persamaan (2.1) salah satu aspek yang mempengaruhi keluaran mikropon adalah konstanta sel fotoakustik (C). Sel fotoakustik yang digunakan dalam penelitian ini ditampilkan pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Sel Fotoakustik yang digunakan dalam penelitian
Sel fotoakustik dapat dikategorikan menjadi dua yaitu resonan dan non-resonan. Jika frekuensi modulasi lebih kecil dari frekuensi resonansi terendah, sel ini dioperasikan pada mode non-resonan. Kelemahan sistem non-resonan yaitu sulit menghilangkan gangguan sekitar karena beroperasi pada frekuensi rendah. Non-resonan mempunyai waktu tanggap lama dan kurang sensitif untuk mendeteksi gas.
pada ukuran resonator, frekuensi dan faktor kualitas. [Basson, 2006]
I: pintu masuk gas; O: pintu keluar gas M: Mikropon
Gambar 2.4 Bagian-bagian sel fotoakustik
Bagian-bagian sel fotoakustik yang digunakan dalam penelitian terlihat seperti pada gambar 2.2. Ukuran dari sel fotoakustik yang digunakan dalam penelitian yaitu panjang resonator (L) 10 cm dan jari-jari resonator
( )
R 0,5 cm.Persamaan kecepatan bunyi (v) dengan panjang gelombang (λ) dan frekuensi ( f ) secara umum mengikuti persamaan
v = λ.f (2.4)
Kecepatan bunyi pada medium gas dengan massa molar M pada suhu T , akan mengikuti persamaan[Besson, 2006]:
M RT
v= γ (2.5)
v
c panas jenis pada tekanan konstan
v
c panas jenis pada volume konstan
Tabel 2.1 merupakan salah satu konstanta γ dan M untuk suhu 200C. Tabel 2.1 Konstantaγ dan M pada suhu 200C [Basson, 2006]
Jenis gas γ M (kg/mol)
Udara 1,402 0,0288
Nitrogen
( )
N2 1,401 0,0280Oksigen
( )
O2 1,398 0,0320Sedangkan kecepatan bunyi pada suhu 00C (v0), akan mengikuti persamaan berikut [ Anderson,1989]:
M R
v0 = γ 273 (2.6)
dari persamaan (2.5) dan (2.6) dapat diperoleh persamaan[ Anderson,1989]:
273
0 T v
v= (2.7)
dengan persamaan (2.7) dan (2.8) kecepatan gelombang bunyi pada sel fotoakustik akan mengikuti persamaan[ Anderson,1989]:
BAB. III
METODE PENELITIAN
III. A. Tempat Penelitian
Laboratorium Analisa Kimia Fisika Pusat
Kampus III Universitas Sanata Dharma Yogyakarta Paingan Maguwoharjo Depok Sleman Yogyakarta
Gambar 3.2 Detektor Fotoakustik yang digunakan dalam penelitian.
III. C. Keterangan Alat dan Bahan III.C.1. Alat
Susunan alat pada detektor fotoakustik dapat dilihat pada gambar 3.1 sedangkan detektor yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada gambar 3.2 . Bagian-bagian penting pada detektor fotoakustik:
Laser CO2
Laser berfungsi sebagai sumber cahaya. Laser CO digunakan sebagai sumber cahaya karena intensitas spektralnya yang tinggi dan dapat ditala sehingga dengan laser ini pengukuran sangat sensitive dan juga dapat mengukur secara on-line
[Persijn, 2007]. Komponen laser terdiri dari cermin (11), kisi (9), tabung laser
terus menerus selama laser hidup. Air dialirkan dari tempat penampungan air (7a) kemudian masuk tabung laser dibuang ke tempat pembuangan air (7b). Piezo (12) berfungsi mengoptimalkan daya laser. Laser dimodulasi oleh chopper (15). Daya laser ditangkap oleh detektor (13) dan diukur oleh powermeter (14).
Sel fotoakustik
Sel fotoakustik merupakan ruang konversi cahaya menjadi sinyal akustik. Bagian-bagian penting dari sel fotoakustik adalah resonator (3) dan mikropon (4). Gas dari tabung gas (1) akan menuju ke tempat sampel (2) sebagai gas pembawa. Gas produksi sample kemudian akan dibawa ke dalam sel fotoakustik. Setelah terjadi konversi cahaya menjadi sinyal akustik, sinyal akan ditangkap oleh mikropon (4). Oleh mikropon akan dikirim ke lock-in amplifier (5) dan kemudian akan diolah dan ditampilkan pada computer (7)
III.C.2. Bahan
Gas (Udara, gas Nitrogen dan gas Oksigen)
Ketiga gas tersebut berfungsi sebagai gas pembawa. Gas pembawa adalah gas yang berfungsi sebagai membawa gas sample menuju sel fotoakustik akustik. Selain itu gas ini juga berfungsi sebagai medium pada detektor fotoakustik.
detektor fotoakustik yaitu menentukan daerah garis laser. Garis laser ini menyatakan dimana daerah yang memiliki daya laser. Untuk menentukan garis laser dilakukan dengan membuka menu “POWER & SAMPLE STEP GRAPH”, menu ini selain memperlihatkan adanya garis laser juga memperlihatkan tingginya daya laser serta besarnya sinyal akustik yang ditimbulkan pada daya tersebut. Grafik hubungan antara daya laser, sinyal akustik dan posisi stepermotor hanya akan ditemukan pada band tertentu sehingga harus mengetahui interval band tersebut. Kemudian menscan daerah yang sudah ditentukan.
Menentukan frekuensi Resonansi gas
Dari garis yang sudah diperoleh, dimanfaatkan untuk menentukan frekuensi resonansi detektor fotoakustik. Frekuensi resonansi ditentukan dengan mengatur manual control “chopper” dan mengamati sinyal akustik yang dihasilkan. Frekuensi resonansi detector fotoakustik merupakan frekuensi pada saat sinyal maksimum.
Menentukan konsentrasi gas
BAB. IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.A. Hasil
IV.A.1. Menentukan frekuensi resonansi detektor fotoakustik
Gambar 4.1 dan 4.2 merupakan gambar hasil penscanan untuk menentukan garis laser pada setiap posisi stepermotor pada medium udara. Posisi stepermotor terkait dengan panjang gelombang lasernya. Grafik hubungan antara daya laser terhadap posisi stepermotor dapat dilihat pada gambar 4.1 sedangkan grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap posisi stepermotor pada gambar 4.2.
-1,0
6100 6300 6500 6700 6900
Stepermotor
-0,5
6100 6200 6300 6400 6500 6600 6700 6800 6900
Stepermotor
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap posisi stepermotor pada gas etilen.
Telah dilakukan penentuan frekuensi resonansi detektor fotoakutik untuk medium udara. Gambar 4.3 merupakan gambar grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi pada satu panjang gelombang untuk dua daya laser yang berbeda. Pada satu garis laser tersebut, sinyal yang dihasilkan pada setiap frekuensi untuk dua daya laser yang berbeda tinggi sinyalnya juga berbeda. Frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk medium udara = (1720±5) Hz.
1720 Hz
1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800
Frekuensi (Hz)
Selanjutnya dengan cara yang sama dilakukan juga pada medium Nitrogen. Gambar grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi untuk medium nitrogen dapat dilihat pada gambar 4.4 dan 4.5 Frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk medium gas Nitrogen = (1741±5)Hz.
1741 Hz
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi pada medium gas nitrogen untuk dua daya laser yang berbeda.
0
1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800
Frekuensi (Hz)
Gambar 4.5 Grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi pada medium gas nitrogen untuk dua panjang gelombang yang berbeda.
Gambar 4.6 merupakan grafik penentuan frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk medium gas Oksigen. Frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk medium gas Oksigen = (1628±5) Hz.
1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800
Frekuensi (Hz)
Gambar 4.6. Grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi untuk medium gas Oksigen
Selanjutnya gambar 4.7 merupakan grafik hubungan antara sinyal akustik
0
1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800
Frekuensi (Hz)
Gambar 4.7 Grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi untuk tiga medium berupa udara, gas Nitrogen dan gas Oksigen
IV.A.4. Mengukur Konsentrasi gas apel
Setelah diperoleh nilai frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk beberapa medium, nilai tersebut dimanfaatkan untuk melakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi oleh buah apel.
A B C
Gambar 4. 9 Grafik hubungan antara konsentrasi gas produksi buah apel terhadap waktu
IV.B. Pembahasan
menentukan frekuensi resonansi. Indikator terjadinya frekuensi resonansi adalah adanya sinyal akustik maksimum. Jadi dengan mengetahui frekuensi pada saat sinyal maksimum maka diperoleh frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk medium yang digunakan. Dari perumusan dasar teori disampaikan bahwa sinyal akustik dipengaruhi oleh konstanta sel, konsentrasi gas, koefisien serapan dan daya laser.
Konstanta sel terkait dengan frekuensi resonansi. Dari beberapa grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi dapat diamati bahwa sinyal akustik untuk setiap frekuensi tidak sama dan frekuensi resonansinya berada pada sinyal maksimumnya.
Sinyal akustik dipengaruhi oleh daya lasernya, hal tersebut dapat dilihat dari gambar 4.3 dan 4.4. Gambar tersebut diperoleh pada satu gelombang tertentu, dengan dua daya laser yang berbeda. Dari grafik hubungan sinyal akustik dengan frekuensi untuk dua daya laser yang berbeda dapat dilihat bahwa untuk dua daya laser berbeda menghasilkan tinggi sinyal akustik yang berbeda, sehingga daya laser mempengaruhi besarnya sinyal. Pada kondisi tersebut letak sinyal maksimum tetap pada frekuensi yang sama, dapt dikatakan juga frekuensi resonansi tidak dipengaruhu daya lasernya.
yang dihasilkan juga berbeda, sehingga selain daya laser, koefisien serapan juga mempengaruhi tinggi sinyal akustik yang dihasilkan. Dari gambar tersebut juga dapat dilihat frekuensi pada saat sinyal maksimum sama, sehingga frekuensi resonansi tidak dipengaruhi koefisien serapanya.
Gambar 4.7 grafik hubungan antara sinyal akustik terhadap frekuensi untuk tiga jenis gas, frekuensi resonansi untuk ketiga jenis tersebut berbeda dan tertentu. Dengan persamaan (2.11):
M
Telah dilakukan penentuan frekuensi resonansi detektor fotoakustik untuk medium udara, gas Nitrogen dan Oksigen. Dalam perhitungan, sebelum menentukan frekuensi resonansi, kecepatan bunyi (v) pada suhu medium pada saat penelitian dihitung terlebih dahulu dengan menggunakan persamaan (2.6)
Medium
Nitrogen 334 350,13 1761,2 1741
Oksigen 316 331,26 1666,29 1628
Hasil penentuan frekuensi resonansi dapat dilihat dari perhitungan dan penelitian pada tabel 4.1 dari tabel tersebut terlihat besarnya frekuensi resonansi pada perhitungan dan penelitian sesuai baik dari nilainya yang relatif sama (mendekati) ataupun dari segi perbandingan nilai untuk ketiga jenis mediumnya. Perbedaan tersebut muncul, ada beberapa kemungkinan yang menyebabkan munculnya perbedaan tersebut; adanya kemungkinan gas yang berada pada sel fotoakustik tidak murni, adanya perubahan temperatur pada saat melakukan pengukuran, dari sinyal akustik yang fluktuatif saat menentukan frekuensi resonansi detektor fotoakustik.
konsentrasinya, sehingga konsentrasinya nol seperti pada kondisi B. Setelah itu gas pembawa dan medium akustik pada sel fotoakustik diganti dengan udara, frekuensi resonansi diset pada 1720 Hz dan yang terjadi adalah adanya peningkatan konsentrasi gas produksi apel. Pada kondisi ini nilai dari konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel pada lingkungan udara lebih rendah dari pada lingkungan gas Nitrogen, karena pada kondisi ini merupakan kondisi transisi.
Pada Gambar 4.9 pengambilan data diawali dengan mengalirkan udara pada sample, pada gambar terjadi penurunan, penurunan tersebut bukan karena udara menghambat produki gas apel tetapi karena diawali dengan penimbunan gas produksi apel. Penurunan tersebut menuju kondisi normal kemudian setelah itu baru mengalami peningkatan produksi gas. Pada kondisi B, sample dialiri dengan Nitrogen, yang terjadi penurunan konsentrasi. Diakhir gas Nitrogen dialirkan tanpa melewati sample, sehingga konsentrasinya menuju nol.
PENUTUP
V. A. KESIMPULAN
1. Penggunaan detektor fotoakustik dapat dioptimalkan dengan bekerja pada frekuensi resonansinya.
2. Frekuensi resonansi dipengaruhi mediumnya.
3. Frekuensi resonansi tidak dipengaruhi oleh daya laser dan koefisien serapanya.
V. B. SARAN
Tabel 5.1 Penggunaan klep gas
Tempat sampel Sel fotoakustik Off N2 N2+ O2
Anderson,H.L.1989.A Phisicist’s Desk Reference.New York:American Institute of Physics.
Besson,J.P. 2006. “Photoacoustic Spectroscopy for Multi-Gas Sensing Using Near Infrared. Lasers”.http:// bibion.epfl.ch/
EPFL/theses/2006/3070/3670_abs.pdf. Diakses pada tanggal, 6 November 2007.
Haisch, C & Niessner, R. 2002. “Light and sound – Potoacoustic Spectroscopy”.http://www.spectroscopyerupe.com/ PAS iu_5. pdf. Diakses pada tanggal, 6 November 2007.
Persijn,S. 2007. Sensitive gas Detection using CO2 Laser Photoacoutic
Spectrocopy. Makalah kursus singkat laboratorium analisa kimia fisika pusat. Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Santosa, I. E. 2003. Pengukuran Konentrasi Gas dengan Detektor Fotoakustik. Makalah seminar dosen Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam. Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Spike, B.T. 2006. “The Photoacoustic Effec”. http://
