KARAKTERISASI GAS OZON DI DALAM PENJERAP KALIUM IODIDA DENGAN MENGGUNAKAN METODE SPEKTROSKOPI DEDE YULIAS NURUL MIFTAH

(1)

KARAKTERISASI GAS OZON DI DALAM PENJERAP KALIUM

IODIDA DENGAN MENGGUNAKAN METODE SPEKTROSKOPI

DEDE YULIAS NURUL MIFTAH

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUR PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

(2)

ABSTRAK

DEDE YULIAS NURUL MIFTAH. Karakterisasi gas ozon di dalam penjerap kalium

iodida dengan menggunakan metode spektroskopi. Dibimbing oleh AKHIRUDDIN

MADDU dan MAMAT RAHMAT.

Metode pengukuran yang sering digunakan dalam pengukuran gas ozon adalah metode

neutral buffer kalium iodida (NBKI). Hasil pengukuran tidak ditampilkan pada saat itu

tetapi beberapa jam bahkan hari sesudahnya. Pada penelitian ini gas ozon dijerap

menggunakan larutan penjerap kalium iodida (KI) kemudian diukur menggunakan

metode spektroskopi sebagai tahapan awal pembuatan sensor kristal fotonik untuk

mendeteksi gas ozon. Gas ozon bereaksi dengan larutan penjerap KI menghasilkan

larutan berwarna kuning muda tetapi panjang gelombang absorpsinya berada di daerah

ultraviolet yaitu 351.58 nm. Penelitian ini mengkarakterisasi gas ozon dengan metode

spektroskopi, menghitung konsentrasi gas ozon yang terjerap, menentukan kurva

kalibrasi, menentukan konsentrasi secara real-time pada saat penjerapan beserta

menentukan α (koefisien absorpsi) sebagai dasar pembuatan sensor kristal fotonik. Kurva

kalibrasi yang diperoleh menunjukkan peningkatan konsentrasi gas ozon yang terjerap

menyebabkan intensitas yang ditransmisikan semakin menurun secara eksponensial. Nilai

koefisien absorpsi yang diperoleh adalah 43.5 m

2

/μg.

(3)

KARAKTERISASI GAS OZON DI DALAM PENJERAP KALIUM

IODIDA DENGAN MENGGUNAKAN METODE SPEKTROSKOPI

DEDE YULIAS NURUL MIFTAH

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains pada

Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2012

(4)

Judul : Karakterisasi Gas Ozon Di dalam Penjerap Kalium Iodida dengan

Menggunakan Metode Spektroskopi

Nama : Dede Yulias Nurul Miftah

NRP : G74070048

Disetujui,

(Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si)

(Mamat Rahmat, M.Si)

Pembimbing I

Pembimbing II

Diketahui,

(Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si)

Kepala Departemen Fisika

(5)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah Subhanahu wa Ta’ala, atas segala rahmat, nikmat

kesehatan, kekuatan dan karunia-Nya sehingga dapat menyelesaikan karya ilmiah ini

dengan topik karakterisasi gas ozon di dalam penjerap kalium iodida dengan

menggunakan metode spektroskopi. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat

kelulusan program sarjana di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.

Semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat untuk semuanya. Kritik dan saran

yang membangun sangat penulis harapkan demi kemajuan dari aplikasi material yang

dikembangkan ini.

Bogor, Januari 2012

(6)

UCAPAN TERIMAKASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Allah Subhanahu wa Ta’ala, atas segala rahmat, nikmat kesehatan, kekuatan dan

karunia-Nya.

2. Bapak Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si sebagai pembimbing utama penulis dalam

penelitian ini atas nasehat dan saran yang telah di berikan kepada penulis.

3. Bapak Mamat Rahmat, M.Si sebagai pembimbing kedua sekaligus sebagai ketua

tim, yang mengusulkan serangkaian proyek, sangat membantu dalam mengolah

data penelitian dan dengan sabar membimbing penulis selama penelitian.

4. Bapak Ir Hanedi Darmasetiawan sebagai tim editor yang telah banyak

memberikan masukan cara penulisan kepada penulis.

5. Bapak Dr Toni Ibnu dan Bu Ani sebagai penguji yang telah menyempatkan

waktunya dan memberikan masukan kepada penulis.

6. Bapak/Ibu, Adik dan Kakak yang selalu memberikan fasilitas beserta dukungan

do’a dan semangat kepada penulis.

7. Kementrian Pendidikan Nasional (Kemendiknas) yang telah memberikan

Beasiswa Unggulan sehingga penelitian ini berjalan dengan lancar.

8. Silvira Septiana, S.Pd yang selalu memberikan dukungan beserta semangat kepada

penulis.

9. Dita Rahayu, Arianti Tumanggor, Anggi dan Nissa, kalian selalu ada membantu

penulis ketika sedang melakukan penelitian, tanpa kalian penelitian ini terasa sepi,

tetap jaga kekompakan tim kita.

10. Kak Erus Rustami, Kak Wenny Maulina, Kak Azis, Kak Ais dan Kak Fabian,

kalian semua selalu memberikan inspirasi dan pencerahan ketika penulis sedang

mengalami ketidak pahaman tentang teori penelitian.

11. Izzatu Yazzidah dan Switenia Wanna Putri sahabat seperjuangan, sukses untuk

kalian semua.

12. Bu Eti, Pak Gamal, Pak Deni dan seluruh staf Laboratorium PPLH yang telah

bersedia membantu dan menyampaikan ilmu mengenai serangkaian kegiatan

penelitian ini.

13. Teman-teman fisika 42, 43, 44, 45, 46, 47 dan semua pihak yang tidak bisa saya

sebutkan satu per satu.

(7)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Tasikmalaya, 21 Juli 1988 dari

pasangan Abdul Patah dan Omah Rohmah. Merupakan anak

kedua dari tiga bersaudara. Penulis menyelesaikan pendidikan

dasar dari SDN 1 Cineam pada tahun 2001 dan pada tahun

2004, menamatkan pendidikan tingkat pertama dari SMPN 1

Cineam yang dilanjutkan dengan pendidikan atas di SMAN 1

Manonjaya Tasikmalaya.

Pada tahun 2007, penulis diterima sebagai mahasiswa

Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI (Undangan

Seleksi Masuk IPB) di Departemen Fisika.

Saat menjadi mahnnasiswa IPB, penulis tercatat sebagai

asisten praktikum Fisika Dasar, Elektronika Dasar S1 dan D3,

asisten Elektronika Lanjut, asisten Eksperimen Fisika II,

Pengajar fisika di MSC Education (2010), Statistic Center (2010-2011) dan Katalis Corp

(2010-2011). Selain itu penulis juga pernah aktif di Himpunan Mahasiswa Tasikmalaya

(HIMALAYA), Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) menjabat sebagai wakil ketua

pada tahun 2009.

(8)

DAFTAR ISI

Halaman

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ...

ix

DAFTAR LAMPIRAN ...

x

BAB I PENDAHULUAN ...

1 1.1. Latar Belakang ...

1 1.2. Tujuan Penelitian ...

1 1.3. Manfaat Penelitian ...

1 1.4. Perumusan Masalah ...

1 1.5. Hipotesis ...

1 1.6. Batasan Masalah ...

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...

1 2.1. Definisi ...

1 2.2. Gas Ozon ...

2 2.2.1. Dampak polusi ozon ...

3 2.3. Metode Spektroskopi dan Hukum Beer-Lambert ...

3 2.4. Kristal Fotonik ...

4 BAB III METODOLOGI ...

5 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ...

5 3.2. Alat dan Bahan ...

5 3.3. Metode Pengukuran dan Pengujian ...

5 3.3.1. Menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon yang terjerap di

dalam larutan KI. ...

5 3.3.2. Proses penjerapan gas ozon dan menentukan kurva real-time dengan

metode spektroskopi ...

5 3.3.2.1. Pembilasan tabung ...

5 3.3.2.2. Proses pengisian gas ozon ...

5 3.3.2.3. Penjerapan gas ozon dengan larutan KI dan pengambilan data

real-time ...

5 3.3.3. Pengenceran dan pembuatan kurva kalibrasi...

6 3.3.4. Menentukan nilai α (koefisien absorpsi) untuk desain pembuatan

sensor kristal fotonik. ...

7 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...

6 4.1. Karakterisasi Absorpsi Gas Ozon dalam Larutan Penjerap KI ...

6 4.2. Data Real-time dan Konsentrasi Gas Ozon yang Terjerap. ...

7 4.3. Kurva Kalibrasi dan Nilai Koefisien Absorpsi...

9 4.4. Desain Sensor Kristal Fotonik Satu Dimensi ... 10

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 11

5.1. Kesimpulan ... 11

5.2. Saran ... 11

DAFTAR PUSTAKA ... 11

LAMPIRAN ... 13

(9)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Nilai indeks standar pencemar udara ... 2

Tabel 2. Batas indeks standar pencemar udara untuk gas ozon ... 2

Tabel 3. Panjang gelombang absorbsi gas ozon dalam larutan penjerap KI ... 7

(10)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Pengaturan alat spektrofotometer ... 3

Gambar 2. Prinsip penyerapan cahaya ... 3

Gambar 3. Bentuk kristal fotonik berdasarkan arah penjalaran gelombang ... 4

Gambar 4. Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal

fotonik satu dimensi tanpa defect ... 4

Gambar 5. Model kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect ... 4

Gambar 6. Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal fotonik

satu dimensi dengan defect ... 5

Gambar 7. Ilustrasi perangkat sensor kristal fotonik mendeteksi larutan ... 5

Gambar 8. Perubahan transmitansi terhadap panjang gelombang gas ozon di dalam

larutan penjerap ... 6

Gambar 9. Karakteristik LED UV emitter ... 7

Gambar 10.Perubahan intensitas cahaya terhadap waktu ketika gas

ozon dilewatkan ke dalam larutan KI. (a) pada tekanan

-40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa ... 7

Gambar 11. Hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap terhadap

waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa.

(b) pada tekanan -70 kPa. ... 8

Gambar 12. Hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam

skala ppb terhadap waktu secara real-time. (a) pada

tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa. ... 8

Gambar 13. Hubungan nilai ISPU dari gas ozon yang terjerap terhadap

waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa.

(b) pada tekanan -70 kPa. ... 8

Gambar 14. Total konsentrasi gas ozon yang terjerap setiap menit

(a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa ... 9

Gambar 15. Kalibrasi hubungan transmitansi dan konsentrasi.

(a) pada tekanan -40 KPa. (b) pada tekanan -70 KPa. ... 10

Gambar 16. Linearitas untuk mendeteksi gas ozon dengan konsep

Beer-Lambert. (a) pada tekanan -40 KPa. (b) pada tekanan

-70 KPa. ... 10

Gambar 17. Desain PPB kristal fotonik pada panjang gelombang absorpi gas

ozon dalam larutan penjerap KI. ... 11

Gambar 18. Desain kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect. ... 11

(11)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Data lapangan proses penjerapan dan perhitungan konsentrasi

gas ozon ... 14

Lampiran 2. Perhitungan menentukan nilai konsentrasi pada setiap

titik pengenceran. ... 21

Lampiran 3. Perhitungan normalisasi menentukan nilai intensitas dari

transmitansi pada proses pengenceran. ... 21

Lampiran 4. Konversi satuan nilai intensitas dari counts menjadi watt/m

2

... 21

Lampiran 5. Perhitungan untuk menentukan nilai indeks standar pencemar

udara (ISPU) dari konsentrasi gas ozon yang terjerap.. ... 22

Lampiran 6. Cara uji kadar oksidan dengan metode neutral buffer

kalium iodida (NBKI) menggunakan spektrofotometer ... 23

Lampiran 7. Skema penjerapan gas ozon untuk menentukan panjang

gelombang absorpsi ... 26

Lampiran 8. Skema pengujian dengan metode spektroskopi ... 27

Lampiran 9. Simulasi perubahan transmitansi terhadap perubahan indeks bias

larutan penjerap KI pada sensor kristal fotonik pendeteksi gas

ozon ... 28

Lampiran 10. Gambar – gambar alat yang digunakan ... 29

(12)

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Pada masa kini tingkat pencemaran udara terus meningkat baik yang dihasilkan oleh

kendaraan bermotor, pembakaran hutan

maupun hasil dari mesin industri. Udara yang tercemar dapat merusak lingkungan dan berpotensi mengganggu kesehatan masyarakat sekitar. Selain mengakibatkan pencemaran lingkungan, dapat juga mengakibatkan global warming, meningkatnya suhu bumi akibat

efek rumah kaca.1

Ozon terdiri atas tiga molekul oksigen dan amat berbahaya pada kesehatan manusia. Secara alamiah, ozon dihasilkan melalui

percampuran cahaya ultraviolet dengan

atmosfer bumi dan membentuk suatu lapisan ozon pada lapisan stratosfer ketinggian 50 kilometer. Pada lapisan stratosfer bermanfaat untuk menyaring ultraviolet yang dihasilkan oleh sinar matahari tetapi pada lapisan troposfer dapat membahayakan kelangsungan mahluk hidup termasuk manusia. Ozon telah menjadi suatu isu aktual karena kaitannya dengan satu efek global pencemaran udara yaitu penipisan lapisan ozon di atmosfer bumi. Ozon merupakan salah satu pencemaran udara yang terus meningkat konsentrasinya, sehingga pengukuran ozon ini sangat penting untuk dilakukan agar dapat diketahui tingkat

konsentrasi ozon di atmosfer.1

Metode pengukuran yang digunakan saat ini adalah neutral buffer kalium iodida (NBKI) sesuai dengan standar nasional indonesia (SNI) untuk mengetahui konsentrasi ozon di atmosfer, tetapi masih kurang efisien masalah data yang tidak real-time, data yang ditampilkan bukan pada saat itu tetapi

beberapa jam bahkan beberapa hari

sebelumnya. Dengan menggunakan sensor berbasis kristal fotonik yang tersusun dari bahan periodik dengan indek bias yang berbeda, pengukuran dapat dilakukan secara kontinu dan data yang diperoleh real-time

karena proses pengukuran yang cepat.2

1.2. Tujuan Penelitian

a. Menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon di dalam larutan penjerap. b. Menentukan kurva real-time penjerapan

gas ozon dan menghitung konsentrasi gas ozon yang bereaksi dengan larutan penjerap.

c. Membuat kurva kalibrasi antara

transmitansi dengan konsentrasi gas ozon yang terjerap.

d. Menentukan nilai α (koefisien absorpsi) untuk desain pembuatan sensor kristal fotonik.

1.3. Manfaat Penelitian

Penelitian ini bermanfaat untuk

mengetahui tingkat konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam larutan penjerap KI dan menentukan desain sensor kristal fotonik sebagai sensor gas ozon.

1.4. Perumusan Masalah

Bagaimana menentukan kurva kalibrasi pengukuran gas ozon di dalam larutan

penjerap KI menggunakan metode

spektroskopi untuk desain sensor kristal fotonik ?

1.5. Hipotesis

Variasi konsentrasi gas ozon yang terjerap akan memberikan respon yang eksponensial

terhadap transmitansi ketika dilewatkan

gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang tertentu.

1.6. Batasan Masalah

Penelitian ini meliputi uji penentuan panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap KI, pengukuran konsentrasi gas ozon, sampai penentuan kurva kalibrasi sebagai dasar pembuatan sensor kristal fotonik untuk mendeteksi gas ozon.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Definisi

Pencemaran udara adalah akibat dari adanya satu atau lebih substansi fisik, kimia, atau biologi di atmosfer dalam jumlah yang dapat membahayakan kesehatan manusia, hewan, dan tumbuhan, mengganggu estetika dan kenyamanan, atau merusak properti. Pencemaran udara dapat ditimbulkan oleh

sumber-sumber alami maupun kegiatan

manusia.2

Indeks standar pencemar udara (ISPU) adalah angka yang tidak mempunyai satuan yang menggambarkan kondisi kualitas udara lingkungan di lokasi dan waktu tertentu yang

didasarkan kepada dampak terhadap

kesehatan manusia, nilai estetika dan makhluk

hidup lainnya.2 Rentang dan batas dari nilai

(13)

2

Tabel 1 Nilai indeks standar pencemar udara.2

Kategori Rentang Penjelasan

Baik 0 – 50

Tingkat kualitas yang tidak memberikan efek bagi kesehatan manusia atau hewan dan tidak berpengaruh pada tumbuhan, bangunan ataupun nilai estetika

Sedang 51 – 100

Tingkat kualitas udara yang tidak berpengaruh pada kesehatan manusia ataupun hewan tetapi berpengaruh pada tumbuhan yang sensitif, dan nilai estetika

Tidak Sehat 101 – 199

Tingkat kualitas udara yang bersifat merugikan pada manusia ataupun kelompok hewan yang sensitif atau bisa menimbulkan kerusakan pada tumbuhan ataupun nilai estetika

Sangat Tidak Sehat 200 – 299

Tingkat udara yang dapat merugikan kesehatan pada sejumlah segmen populasi yang terpapar

Berbahaya 300 – lebih

Tingkat kualitas udara berbahaya yang secara umum dapat merugikan kesehatan yang serius pada populasi

Tabel 2 Batas indeks standar pencemar udara

untuk gas ozon.2

Indeks standar pencemar udara 1 jam O3 µg/m3 50 120 100 235 200 400 300 800 400 1000 500 1200

Udara lingkungan merupakan udara bebas di permukaan bumi pada lapisan troposfer

yang dibutuhkan dan mempengaruhi

kesehatan manusia, mahluk hidup dan unsur

lingkungan hidup lainnya.3

2.2. Gas Ozon

Ozon memiliki bau yang menyengat sehingga keberadaannya mudah diketahui walaupun dalam konsentrasi yang rendah. Ozon adalah gas yang secara alami terdapat di dalam atmosfer. Masing-masing molekul ozon terdiri dari tiga buah atom oksigen dan

dinyatakan sebagai O3. Ozon bisa dijumpai di

dua wilayah atmosfer. Sekitar 10% ozon berada di lapisan troposfer, yaitu wilayah

atmosfer yang paling dekat dengan

permukaan bumi dengan ketinggian 10-16 kilometer. Sekitar 90% ozon berada di lapisan stratosfer, yaitu wilayah atmosfer yang

terletak mulai dari puncak troposfer hingga ketinggian sekitar 50 kilometer. Ozon yang berada di stratosfer sering kali disebut lapisan

ozon.4

Konsentrasi molekul-molekul ozon di atmosfer jauh lebih sedikit dibandingkan

dengan gas-gas lainnya seperti oksigen (O2)

dan nitrogen (N2). Di lapisan stratosfir

disekitar puncak lapisan ozon, terdapat sekitar 12 molekul ozon untuk setiap satu juta molekul udara. Di lapisan troposfer dekat permukaan bumi, konsentrasi ozon lebih sedikit, berkisar antara 0.02 hingga 0.1 molekul ozon untuk setiap satu juta molekul udara. Konsentrasi tertinggi ozon permukaan berasal dari udara yang tercemar oleh aktivitas

manusia.4

2.2.1. Dampak polusi ozon

Ozon adalah gas beracun sehingga bila berada dekat permukaan tanah berbahaya bila terhisap dan dapat merusak paru-paru.

Sebaliknya, lapisan ozon di stratosfer

melindungi kehidupan di bumi karena menyaring sinar ultraviolet yang dapat

menyebabkan kanker.5

Dampak ozon terhadap kesehatan manusia adalah konsentrasi 0.3 ppm selama 8 jam menyebabkan iritasi pada mata, konsentrasi 0.3 – 1 ppm (part per million) selama 3 menit sampai dengan 2 jam memberikan reaksi

(14)

3

konsentrasi 1.5 – 2 ppm selama 2 jam mengakibatkan sakit dada, batuk-batuk, sakit kepala, kehilangan koordinasi serta sulit

ekspresi dan gerak.5

Walaupun ozon pada atmosfer teratas melindungi bumi dari sinar ultraviolet yang berbahaya, ozon yang mendekati permukaan tanah membahayakan makhluk hidup karena ozon merupakan oksidan potensial dan berkontribusi bagi kabut asap fotokimia. Selama bulan-bulan musim panas, gas ozon bisa menjadi semakin rendah keberadaannya, memperburuk kondisi-kondisi seperti asma pada orang-orang yang rentan. Ini juga dianggap mengganggu fotosintesis dan telah

dibuktikan menghambat pertumbuhan

beberapa tanaman pangan.6

2.3. Metode Spektroskopi dan Hukum

Beer-Lambert

Spektroskopi adalah ilmu yang

mempelajari materi dan atributnya

berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya dan materi. Interaksi dari energi radiasi dengan bahan adalah merupakan dasar dari teori spektroskopi. Radiasi yang berasal dari sinar terdiri dari beberapa panjang gelombang dari yang sangat

pendek sampai yang sangat panjang.7

Spektrofotometer adalah instrumen yang digunakan untuk menghasilkan spektrum

optik, baik spektrum emisi, spektrum

absorpsi, spektrum transmisi dari sebuah

benda atau objek.8

Spektroskopi UV-Vis adalah teknik

analisis spektroskopik yang memakai sumber REM (radiasi elektromagnetik) ultraviolet dekat (190-380 nm) dan sinar tampak

(380-780 nm) dengan memakai instrumen

spektrofotometer. Spektroskopi UV-Vis

melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektroskopi UV-Vis lebih banyak dipakai

untuk analisis kuantitatif dibandingkan

kualitatif.9

Gambar 1 Pengaturan alat spektrofotometer.8

Susunan komponen dan prinsip kerja dari spektrofotometer ditunjukan pada Gambar 1

sumber cahaya polikromatik dihasilkan dari sumber cahaya, kemudian dilewatkan pada monokromator (prisma atau kisi difraksi) sehingga menjadi cahaya monokromatik, cahaya diteruskan pada sampel sehingga intensitas cahaya berkurang karena adanya penyerapan oleh sampel kemudian dideteksi oleh fotodetektor dan diproses beserta

ditampilkan pada interface komputer.8

Menurut hukum beer-lambert, serapan berbanding lurus dengan ketebalan bahan yang disinari dan hanya berlaku untuk cahaya

monokromatik dan larutan yang encer.10

Berkas cahaya yang datang pada medium dengan daya Po dan yang menembus medium dengan daya P. Jumlah sinar yang diserap atau

diteruskan oleh suatu larutan adalah

merupakan suatu fungsi eksponensial dari konsentrasi larutan dan ketebalan larutan yang

disinari.7

Gambar 2 Prinsip penyerapan cahaya.11

Transmitansi didefinisikan sebagai nisbah daya cahaya yang ditransmisikan melewati sampel terhadap daya cahaya datang, yang diukur pada panjang gelombang yang sama (Gambar 2).

………...…...…(1)

Keterangan :

T Transmitansi (%)

P Daya cahaya setelah menembus medium

/ bahan (watt)

Po Daya cahaya yang datang (watt)

Besar daya cahaya yang hilang sebanding dengan Po, ketebalan medium berupa larutan dan sebuah konstanta absorpsivitas (α).

Absorpsivitas atau koefisien absorpsi

merupakan karakteristik material dan fungsi

panjang gelombang.9 Persamaan

Beer-Lambert :

_{……….….(2)}

Keterangan :

Po Daya cahaya yang datang (watt)

P Daya cahaya setelah menembus medium

(15)

4

α koefisien absorpsi (m2/μg)

x ketebalan medium / bahan (m)

c konsentrasi larutan (μg/m3)

Panjang gelombang yang digunakan untuk melakukan analisis kuantitatif suatu zat biasanya merupakan panjang gelombang yang menghasilkan serapan yang maksimum, sebab keakuratan pengukurannya menjadi lebih besar. Hal tersebut dapat terjadi karena pada

panjang gelombang maksimum bentuk

serapan pada umumnya landai sehingga perubahan yang tidak terlalu besar pada kurva

serapan tidak menyebabkan kesalahan

pembacaan yang terlalu besar pula (dapat

diabaikan).12

2.4. Kristal Fotonik

Kristal fotonik adalah material dielektrik yang memiliki indeks bias atau permitivitas berbeda secara periodik, sehingga dapat

mencegah perambatan cahaya dengan

frekuensi dan arah tertentu.13 Kristal fotonik

paling sederhana dibuat dari dua medium berseling yang transparan dengan indek bias

yang berbeda.14

Kristal fotonik dalam penjalaran

gelombangnya dapat dibedakan yaitu satu dimensi, dua dimensi dan tiga dimensi seperti terlihat pada Gambar 3.

Gambar 3 Bentuk kristal fotonik berdasarkan

arah penjalaran gelombang.15

Interferensi antara gelombang transmisi

dengan refleksi dapat mengakibatkan

pemblokiran perambatan gelombang

elektromagnetik pada rentang panjang

gelombang tertentu. Rentang ini dikenal dengan istilah photonic band gap (PBG).16 Kurva dari PBG dapat dilihat pada Gambar 4 dengan hubungan antara panjang gelombang dengan transmitansi.

Struktur kristal fotonik didesain memiliki satu atau lebih lapisan defect (cacat), yaitu lapisan yang memiliki ketebalan optik berbeda dengan ketebalan lapisan reguler, sehingga muncul fenomena photonic pass

band (PPB) seperti terlihat pada Gambar 6.

Gambar 4 Hubungan transmitansi dan

panjang gelombang pada

kristal fotonik satu dimensi

tanpa defect.17

Pada penelitian ini yang akan

menggunakan adalah kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect agar sensitivitas dari sensor ini meningkat. Model kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect seperti pada Gambar 5, pada defect pertama dibuat dua kali ketebalan indek bias yang tinggi, dan

defect kedua dibuat kosong untuk sampel

yang akan diuji. Fenomena PBB ini

mengakibatkan ada gelombang

elektromagnetik yang diteruskan dalam

rentang PBG (Gambar 6).16

Gambar 5 Model kristal fotonik satu dimensi

dengan dua defect.18

Gambar 6 Hubungan transmitansi dan

panjang gelombang pada

kristal fotonik satu dimensi

dengan defect.18

Karakteristik PPB tersebut sangat sensitif terhadap perubahan indeks bias material pada

lapisan defect. Fenomena inilah yang

dimanfaatkan untuk pembuatan sensor optik berbasis kristal fotonik, material sampel yang dideteksi diperlakukan sebagai lapisan defect (Gambar 7). 2-D periodic in two directions 3-D periodic in three directions 1-D periodic in one direction

(16)

5

Gambar 7 Ilustrasi perangkat sensor kristal

fotonik mendeteksi larutan.18

Prinsip kerja dari sensor ini adalah

dengan merambatkan gelombang

elektromagnetik yang dihasilkan dari sumber cahaya melewati kristal fotonik disisipi material sampel pada defect kedua, kemudian diterima oleh fotodetektor yang mengubahnya menjadi tegangan listrik. Tegangan keluaran dari fotodetektor sangat kecil sehingga tegangan tersebut diperkuat oleh rangkaian penguat. Tegangan yang dihasilkan pada prinsipnya dapat dikonversi dan dikalibrasi ke

dalam satuan parameter yang dibutuhkan.16

BAB III

METODOLOGI

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan mulai bulan Desember 2010 hingga Desember 2011 di Laboratorium Biofisika, Laboratorium Fisika Material Departemen Fisika, Pusat Penelitian Lingkungan Hidup (PPLH), yang seluruhnya berkedudukan di Institut Pertanian Bogor.

3.2. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah tabung isolasi gas berkapasitas 5 liter, tabung penjerap, pompa vakum, sumber ozon (ozonizer), ocean optic spectrophotometer

USB 4000 UV-VIS, perangkat komputer, LED

ultraviolet (UV) 355 nm, termometer digital,

flowmeter, cuvette, pipet, gelas ukur, tabung centrifuge dan beaker glass. Sedangkan bahan

yang digunakan adalah aquades dan larutan penjerap KI.

3.3. Metode Pengukuran dan Pengujian

Metode pengukuran gas ozon pada penelitian ini dengan metode spektroskopi di Laboratorium Fisika Material Departemen Fisika dan hasil pengujian dibandingkan dengan hasil analisis kimia yang di uji di Laboratorium PPLH Institut Pertanian Bogor. Analisis spektroskopi ini mengacu pada standar nasional indonesia (SNI) tentang cara uji kadar oksidan dengan metoda neutral

buffer kalium iodida (NBKI) menggunakan

spektrofotometer (Lampiran 6).

.3.1. Menentukan panjang gelombang

absorpsi gas ozon yang terjerap

di dalam larutan KI

Larutan penjerap dipersiapkan sebanyak 10 ml dan dimasukan ke dalam tabung penjerap yang telah disambungkan dengan pompa vakum dilakukan penghisapan dengan udara lingkungan selama satu jam. Hasil dari pengujian dianalisis dengan spektrofotometer

untuk mendapatkan panjang gelombang

dengan transmitansi yang paling besar perubahannya.

3.3.2. Proses penjerapan gas ozon dan

menentukan kurva real-time

dengan metode spektroskopi

3.3.2.1. Pembilasan tabung

Tabung isolasi dihisap dengan pompa vakum sampai tekanan -80 kPa (tanda negatif menunjukkan di bawah tekanan lingkungan), kemudian diisi dengan udara lingkungan sampai tekanan 0 kPa (sama dengan tekanan lingkungan).

3.3.2.2. Proses pengisian gas ozon

Tabung isolasi kembali dihisap dengan pompa vakum sampai tekanan -40 kPa (perlakuan pertama) dan -70 kPa (perlakuan kedua), kemudian gas ozon yang dihasilkan oleh ozonizer dimasukan ke dalam tabung dengan laju alir 2 liter/menit sampai tekanan tabung 0 kPa.

3.3.2.3. Penjerapan gas ozon dengan

larutan KI dan pengambilan

data real-time

Sumber cahaya LED UV dipasang pada ulir tabung penjerap dan serat optik yang telah

dihubungkan dengan ocean optic

spectrophotometer USB 4000 UV-VIS

dipasang pada ulir sebelahnya, kemudian tabung penjerap dihubungkan dengan tabung gas menggunakan selang. Keran-keran yang dihubungkan dengan tabung penjerap dibuka dan gas ozon dalam tabung gas dialirkan dengan bantuan pompa sirkulasi dengan laju alir 0,4 liter/menit selama 30 menit. Data diamati dan dicatat pada panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap setiap 1 menit adalah transmitansi, suhu, kelembaban, laju alir dan tekanan. Setelah penjerapan selesai kurva real-time hubungan antara intensitas dan waktu dapat dibuat dan dianalisis.

(17)

6 3.3.3. Pengenceran dan pembuatan

kurva kalibrasi

a) Optimalisasi alat spektrofotometer sesuai dengan petunjuk penggunaan alat. b) Larutan penjerap 10 mL yang sudah

dilakukan penjerapan dibagi dua, 5 mL

pertama disimpan dalam tabung

centrifuge untuk dianalisis di Lab PPLH

IPB sehingga mendapatkan nilai

konsentrasi gas ozon yang terjerap. c) Sisa sampel 5 mL dimasukan ke dalam

gelas ukur dan di uji transmitansinya dengan menggunakan spektrofotometer terlebih dahulu sebagai “sampel murni” sebelum dencerkan. Sampel diamati pada panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap.

d) Setiap kali penambahan larutan penjerap murni sebanyak 1 mL data transmitansi dicatat.

e) Setiap kali penambahan larutan penjerap murni sebanyak 5 mL sampel di bagi dua 5 mL pertama disimpan dalam tabung centrifuge untuk dianalisis di Lab PPLH IPB sebagai “sampel 1” dan seterusnya. f) Pengenceran dilakukan sampai nilai

transmitansi mendekati 100%.

g) Kurva kalibrasi dapat dibuat hubungan antara transmitansi dan konsentrasi.

3.3.4. Menentukan nilai α (koefisien

absorpsi)

untuk

desain

pembuatan sensor kristal fotonik

Nilai α dapat ditentukan dari persamaan regresi kurva kalibrasi hubungan antara

transmitansi dan konsentrasi. Hal ini

mengikuti persamaan Beer-Lambert sehingga nilai α dapat diperoleh untuk mendesain

pembuatan sensor kristal fotonik pendeteksi gas ozon.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Karakterisasi Absorpsi Gas Ozon

dalam Larutan Penjerap KI

Untuk menjerap gas ozon menggunakan larutan kalium iodida (KI) sesuai dengan metode NBKI. Gas ozon bereaksi dengan ion iodida dan membebaskan iod yang berwarna kuning muda. Hal ini menjadi dasar untuk menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon untuk pembuatan sensor kristal fotonik.

Spektrum absorpsi paling besar untuk gas ozon ketika dilewatkan pada larutan penejerap KI ditampilkan pada Gambar 8. T1 adalah transmitansi ulangan pertama, T2 adalah transmitansi ulangan kedua dan selanjutnya. Secara keseluruhan selang panjang gelombang untuk serapan gas ozon berada pada 310 – 400 nm (daerah ultraviolet) dengan puncak serapan masing-masing berbeda tetapi tidak signifikan ditunjukan pada Tabel 3. Diperoleh panjang gelombang rata-rata serapan gas ozon adalah 351.58 nm dan panjang gelombang ini dijadikan sebagai acuan pembuatan sensor kristal fotonik. PPB kristal fotonik untuk mendeteksi gas ozon dalam larutan penjerap spesifik pada panjang gelombang tersebut.

Sumber cahaya yang digunakan berupa LED UV di uji dengan spektrofotometer dan spektrumnya ditampilkan pada Gambar 9. Spektrum emisi LED berada pada selang panjang gelombang antara 330 – 390 nm dan puncak intensitas berada pada panjang gelombang 355.52 nm.

Gambar 8 Perubahan transmitansi terhadap panjang gelombang gas ozon di dalam larutan penjerap. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 300 320 340 360 380 400 420 440 T ran sm itan si (%) Panjang gelombang (nm) T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9

(18)

7

Tabel 3 Panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap KI.

Transmitansi Ke Panjang Gelombang (nm) T1 355.32 T2 349.50 T3 353.66 T4 353.86 T5 347.22 T6 353.24 T7 345.14 T8 351.79 T9 354.49 Rata-rata 351.58

Gambar 9 Karakteristik LED UV emitter. Sedangkan panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap KI pada 351.58 nm. Panjang gelombang ini masih berada pada selang panjang gelombang emisi LED, sehingga LED ini bisa digunakan pada penelitian.

4.2. Data Real-time dan Konsentrasi

Gas Ozon yang Terjerap.

Data real-time ini menunjukkan

konsentrasi gas ozon yang terjerap pada setiap waktu, sehingga konsentrasi gas ozon yang terjerap dapat diketahui secara langsung tidak harus menunggu waktu yang lama dalam pengujian dan analisis sampel di laboraturium. Hal ini yang menjadi kelebihan dibandingkan metode NBKI secara konvensional (Lampiran 6).

Proses ini dilakukan dengan beberapa perlakuan, pada perlakuan pertama gas ozon dimasukan pada tekanan -40 kPa sampai tekanan 0 kPa ditunjukan pada Gambar 10a. Intensitas menurun sebagai fungsi waktu, pada menit pertama sampai menit ke-20 intensitas mengalami penurunan menunjukkan ada gas ozon yang terjerap dalam larutan KI meningkat. Pada menit ke-21 tidak mengalami perubahan secara signifikan, gas ozon tidak ada yang terjerap lagi karena gas ozon di dalam tabung isolasi sudah habis.

Pada perlakuan kedua dilakukan pada waktu yang berbeda dan tempat yang sama. Gas ozon diisi pada tekanan -70 kPa sampai tekanan 0 kPa, konsentrasi gas ozon yang dimasukan ke dalam tabung isolasi lebih besar dibandingkan perlakuan sebelumnya (Gambar 10b). Pada menit ke-22 dan 23 intensitas mengalami kenaikan, hal ini terjadi karena kesalahan teknis pada alat pengujian. Secara keseluruhan transmisi mengalami penurunan seiring kenaikan gas ozon yang terjerap dalam larutan KI. Proses penjerapan gas ozon

dengan larutan penjerap KI bersifat

akumulatif, semakin lama waktu penjerapan larutan penjerap semakin tinggi (Gambar 10).

Saat penjerapan gas ozon di dalam larutan

penjerap dan saat proses pengenceran

menggunakan sumber cahaya yang berbeda, sehingga harus dilakukan proses normalisasi untuk mendapatkan nilai konsentrasi secara

real-time dari kurva kalibrasi (Lampiran 1).

(a)

(b)

Gambar 10 Perubahan intensitas cahaya terhadap waktu ketika gas ozon dilewatkan ke dalam larutan KI. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.

Konsentrasi gas ozon yang terjerap setiap

menit dapat ditampilkan pada kurva

perubahan konsentrasi terhadap perubahan waktu (Gambar 11) yang berkebalikan dengan kurva perubahan intensitas cahaya terhadap waktu penjerapan (Gambar 10). Hal ini karena semakin besar konsentrasi gas ozon yang terjerap mengakibatkan intensitas cahaya yang

0.00E+00 5.00E+04 1.00E+05 1.50E+05 2.00E+05 300 350 400 In ten si tas (w att /m 2) Panjang gelombang (nm) 0.00E+00 1.00E+04 2.00E+04 3.00E+04 4.00E+04 0 10 20 30 In ten sitas (w att /m 2) Waktu (menit) 0.00E+00 1.00E+04 2.00E+04 3.00E+04 0 10 20 30 In ten sitas (w att /m 2) Waktu (menit)

(19)

8

(a)

(b)

Gambar 11 Hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap terhadap waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.

ditransmisikan semakin kecil. Pada menit

pertama sampai menit ke-23 konsentrasi gas

ozon yang terjerap mengalami kenaikan, pada menit selanjutnya mengalami penurunan intensitas dengan perubahan yang sangat kecil dan hal ini dianggap bahwa tidak ada perubahan konsentrasi secara signifikan. Secara keseluruhan kurva hubungan antara konsentrasi dengan waktu (Gambar 11a) memiliki trend naik secara eksponensial, dan mendekati titik jenuh larutan ketika secara

terus-menerus dilakukan penjerapan.

Perlakuan kedua mengalami fenomena yang sama, memiliki bentuk kurva yang naik (Gambar 11b). Konsentrasi gas ozon yang

terjerap semakin lama semakin tinggi

konsentrasinya.

Kurva real-time dapat ditampilkan juga hubungan antara konsentrasi dalam ppb (part

per billion) terhadap waktu (Gambar 12).

Secara umum data konsentrasi gas ozon yang terjerap ditampilkan dalam satuan ppb. Konsentrasi dalam satuan ppb setara dengan

satuan μg/m3, sehingga bentuk kurva

real-time hubungan konsentrasi gas ozon yang

terjerap terhadap waktu (Gambar 11) sama dengan kurva real-time hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam skala ppb terhadap waktu (Gambar 12). Selain dalam bentuk satuan ppb, konsentrasi gas ozon juga dapat ditampilkan dalam skala ISPU (Gambar

(a)

(b)

Gambar 12 Hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam skala ppb terhadap waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.

(a)

(b)

Gambar 13 Hubungan nilai ISPU dari gas ozon yang terjerap terhadap waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.

13). Nilai ISPU tertinggi 34.91 (Gambar 14a) sedangkan nilai ISPU pada selang 0 – 50 dinyatakan bahwa kualitas udara masih dikategorikan baik (Tabel 1).

0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 Ko n se n tras i (μ g /m 3) Waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 Ko n se n tras i (μ g /m 3) Waktu (menit) 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 Ko n se n tras i (p p b ) Waktu (menit) 0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 Ko n se n tras i (p p b ) Waktu (menit) 0 10 20 30 40 0 10 20 30 IS P U Waktu (menit) 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 IS P U Waktu (menit)

(20)

9

Pengujian gas ozon secara kovensional, daftar data ditampilkan setelah beberapa jam kemudian dari pengambilan sampel dan data yang ditampilkan adalah data akumulatif selama penjerapan dilakukan. Pada penelitian ini data konsentrasi yang terjerap setiap menit dapat ditampilkan sehingga informasi yang disampaikan dapat secara real-time.

Pada Gambar 14a, menunjukkan

konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam larutan penjerap. Pada menit pertama gas ozon yang terjerap sangat kecil dan pada menit ke-2 konsentrasi yang terjerap cukup besar, fenomena ini terjadi dikarenakan alat yang belum stabil pada awal pengukuran

sehingga memerlukan waktu untuk

beradaptasi sampai kondisi stabil. Pada proses penjerapan gas ozon dimasukan dalam tabung isolasi kemudian dilewatkan pada tabung penjerap yang berisi larutan penjerap KI dengan bantuan pompa sirkulasi, sehingga semakin lama konsentrasi gas ozon dalam tabung isolasi berkurang seiring dengan proses penjerapan (Gambar 14a). Konsentrasi gas ozon di dalam tabung isolasi yang terjerap

(a)

(b)

Gambar 14 Total konsentrasi gas ozon yang terjerap setiap menit (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.

setiap menit terus berkurang sampai suatu saat habis.

Pada Gambar 14b, pada menit ke-20

konsentrasi yang terjerap mengalami

kenaikan. Secara keseluruhan trend kurva konsentrasi gas ozon yang terjerap pada setiap menit adalah menurun (Gambar 14). Pada penjerapan gas ozon di udara lingkungan tidak ada batasan bentuk kurva dari konsentrasi gas ozon yang terjerap setiap menit, karena gas ozon di udara tidak dapat diperkirakan perubahan setiap saatnya.

4.3. Kurva Kalibrasi dan Nilai

Koefisien Absorpsi

Pengenceran dan validasi data konsentrasi gas ozon yang terjerap berdasarkan data Lab PPLH IPB (Lampiran 1). Kurva kalibrasi antara transmitansi dan konsentrasi (Gambar 15) menunjukkan bahwa konsentrasi gas ozon

yang terjerap semakin besar sehingga

mengakibatkan cahaya yang diteruskan

semakin kecil karena diserap oleh larutan pada panjang gelombang absorpsi gas ozon

dalam larutan KI. Hasil perhitungan

konsentrasi dengan pengujian di PPLH IPB ditunjukan pada Gambar 15, semakin besar konsentrasi gas ozon yang terjerap semakin

kecil cahaya yang ditransmisikan dan

perubahan ini terjadi secara eksponensial. Pada penelitian ini memanfaatkan perubahan konsentrasi dan ketebalan dibuat tetap.

Koefisien absorpsi merupakan sifat

penyerapan cahaya oleh larutan, hal ini menandakan bahwa seberapa besar larutan tersebut menyerap cahaya saat dilewatkan. Berdasarkan pada Gambar 15, diperoleh

rata-rata koefisien absorpsi 43.5 m2/μg dari

persamaan garis sesuai dengan persamaan Beer-Lambert dan nilai ini digunakan sebagai dasar untuk desain kristal fotonik untuk mendeteksi gas ozon sesuai dengan panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap.

Berdasarkan kurva kalibrasi dapat diambil linearitas karakteristik sensor pada selang konsentrasi tertentu. Gambar 16 menunjukkan

kurva hasil linearitas dengan selang

konsentrasi sekitar 1.5 – 17 μg/m3 dandengan

menggunakan metode spektroskopi diperoleh nilai rata-rata sensitivitas sekitar 0.0312

%/(μg/m3

), satuan dinyatakan dalam persen per konsentrasi. 0 2 4 6 8 10 0 10 20 30 Ko n se n tras i (μ g /m 3) Waktu (menit) 0 2 4 6 8 0 10 20 30 Ko n se n tras i (μ g /m 3) Waktu (menit)

(21)

10 (a)

(b)

Gambar 15 Kalibrasi hubungan transmitansi dan konsentrasi. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.

(a)

(b)

Gambar 16 Linearitas untuk mendeteksi gas

ozon dengan konsep

Beer-Lambert. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.

4.4. Desain Sensor Kristal Fotonik Satu

Dimensi

Simulasi dengan bantuan software filmstar dilakukan sebelum melakukan fabrikasi. Puncak transmitansi PPB pada kristal fotonik di desain pada panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap KI yaitu 352 nm (Gambar 17). Sehingga sensor berbasis kristal fotonik satu dimensi untuk mendeteksi gas ozon spesifik pada panjang gelombang absorpsinya.

Sensor kristal fotonik dibuat dengan lapisan tipis dengan pola M=5, N=6 dan L=1.

Lapisan defect pertama dibuat tetap

dengandua kali ketebalan indeks bias tinggi (high index) yang berfungsi sebagai regulator dan defect kedua dikosongkan yang berfungsi sebagai reseptor, untuk pendeteksian sampel yang dilewatkan. Material yang digunakan adalah OS-5 dengan indeks bias 2.1 (high

index) dan MgF2 dengan indeks bias 1.38 (low

index). Substrat-1 (S1) dan substrat-2 (S2)

menggunakan material BK-7 dengan indeks bias 1.52 (Gambar 18). y = 116.67e-0.041x R² = 0.999 y = 86.761e-0.039x R² = 0.971 0 20 40 60 80 100 120 0 50 100 T ra n sm it an si (% ) konsentrasi (μg/m3₎ Hasil Perhitungan Validasi PPLH y = 107.93e-0.046x R² = 0.9955 y = 94.69e-0.047x R² = 0.9954 0 20 40 60 80 100 120 0 20 40 60 T ra n sm it an si (% ) konsentrasi (μg/m3₎ Hasil Perhitungan Validasi PPLH y = -0.0301x + 2.086 R² = 0.9841 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 5 10 15 20 L o g (T ) Konsentrasi (μg/m3₎ y = -0.0323x + 2.042 R² = 0.9984 0 0.5 1 1.5 2 2.5 0 5 10 15 20 L o g ( T ) Konsentrasi (μg/m3₎

(22)

11

Gambar 17 Desain PPB kristal fotonik pada panjang gelombang absorpi gas ozon dalam larutan penjerap KI.

Gambar 18 Desain kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan KI berada pada daerah ultraviolet yaitu 351.58 nm.

Data real-time menunjukkan nilai

konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam

larutan KI, memberikan respon yang

eksponensial terhadap perubahan intensitas cahaya yang dilewatkan.

Konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam

larutan KI dapat ditentukan melalui

pengenceran sampel dan membandingkan data hasil analisis dari Lab PPLH. Semakin sedikit cahaya yang diteruskan maka konsentrasi gas ozon yang terjerap semakin besar, sehingga kurva kalibrasi hubungan antara konsentrasi

dengan transmitansi dapat ditentukan.

Konsentrasi gas ozon yang terjerap semakin lama semakin tinggi dan transmitansi semakin rendah.

Koefisien absorpsi gas ozon di dalam larutan penjerap KI ditentukan dari persamaan garis pada kurva kalibrasi diperoleh 43.5

m2/μg dan nilai ini menjadi dasar desain

pembuatan sensor kristal fotonik untuk

mendeteksi gas ozon dengan panjang

gelombang absorpsinya.

5.2. Saran

Penelitian selanjutnya diharapkan

pengukuran gas ozon tanpa menggunakan

reagent dan membuat luas penampang sensor

berukuran lebih besar sehingga peluang partikel terdeteksi lebih besar.

DAFTAR PUSTAKA

1. [Anonim]. Dampak polusi udara. 1 April 2010. web. 20 Oktober 2010. <http://wart awarga.gunadarma.ac.id/2010/04/dampak -polusi-udara-2/>

2. [BAPEDAL] Badan Pengendalian

Dampak Lingkungan. 1998. Pedoman Teknis Perhitungan dan Pelaporan Serta Informasi Indeks Standar Pencemar Udara ISPU).

3. [SNI] Standar Nasional Indonesia. 2005. Udara ambien – Bagian 8: cara uji kadar oksidan dengan metoda neutral buffer kalium iodida (NBKI) menggunakan spektrofotometer. SNI 19-7119.8-2005. Jakarta : Badan Standarisasi Nasional.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 300 350 400 T ran sm itan si (%) T ran sm itan si (%) Panjang gelombang (nm) Panjang gelombang operasi PPB kristal fotonik

(23)

12

4. [Anonim]. Lapisan ozon. Asdep Urusan Pengendalian Dampak Perubahan Iklim Kementerian Negara Lingkungan Hidup Republik Indonesia. 2010. Web. 20 Oktober 2010. <http://www.ozonindonesi a.org/index.php?table=ozon&view=true& no=2>

5. West B, Sandman PM, Greenberg MR. 1998. Paduan Pemberitaan Lingkungan Hidup. Yayasan Obor Indonesia.

6. Soetrisno. Peringatan polusi global ozon. 24 Oktober 2008. Web. 20 Oktober

2010.<http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_lingkungan/p eringatan-polusi-ozon-global/>

7. Winarno FG, Fardiaz D, Fardiaz S. 1973.

Spektroskopi. Bogor : Departemen

Teknologi Hasil Pertanian, IPB.

8. Maddu A. 2010. Pedoman praktikum

eksperimen fisika II. Bogor :

Laboraturium Fisika Lanjut, Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor.

9. Tim penyusun. 2007. Spektroskopi.

Yogyakarta : Fakultas Farmasi,

Universitas Shanata Dharma.

10. Sirait RA. 2009. Penerapan metode

spektrofotometri ultraviolet pada

penetapan kadar nifedipin dalam sediaan tablet [Skripsi]. Medan: Universitas Sumatra Utara.

11. Carlos RC. Beer lambert. 2006. Web. 12 November 2011.<http://en.wikipedia.org/ wiki/File:Beer_lambert.png>

12. Joni IM. 2007. Diktat Mata Kuliah Pengantar Biospektroskopi. Bandung: Universitas Padjajaran.

13. Kurniawan C. 2010. Analisis kopling

medan elektromagnetik transverse

magnetic (TM) pada kristal fotonik 2D

dengan defect indeks bias simetrik

menggunakan metode tensor green

[Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian

Bogor, IPB.

14. Hardhienata H. 2005. Analisis relasi

disperse gelombang elektromagnetik

datar stasioner dalam kristal fotonik

kuasi-periodik satu dimensi [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB. 15. Joannopoulos JD, Johnson SG, Winn JN.

2008. Photonic Crystal, Molding the

Flow of Light. United Kingdom:

Princeton University Press.

16. Alatas H. OptIPB sensor, sensor optik berbasis kristal fotonik satu dimensi. 27 Maret 2010. Web . 20 Oktober 2010. <http://alatas.staff.ipb.ac.id/2010/03/27/o ptip/>

17. Rahmat M. 2010. Development of air quality index measurement system based on 1D photonic crystal [Disertasi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB. 18. Rahmat M. 2009. Design and fabrication

of one-dimensonal photonic crystal as a real time optical sensor for sugar solution concentration detection [Tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB.

19. Hardhienata H. 2005. Analisis relasi

disperse gelombang elektromagnetik

datar stasioner dalam kristal fotonik kuasi-periodik satu dimensi [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB. 20. Joannopoulos JD, Johnson SG, Winn JN.

2008. Photonic Crystal, Molding the Flow of Light. United Kingdom: Princeton University Press.

21. Alatas H. OptIPB sensor, sensor optik berbasis kristal fotonik satu dimensi. 27 Maret 2010. Web . 20 Oktober 2010. <http://alatas.staff.ipb.ac.id/2010/03/27/o ptip/>

22. Rahmat M. 2010. Development of air quality index measurement system based on 1D photonic crystal [Disertasi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB. 23. Rahmat M. 2009. Design and fabrication

of one-dimensonal photonic crystal as a real time optical sensor for sugar solution concentration detection [Tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB.

(24)

13

(25)

Lampiran 1. Data lapangan proses penjerapan dan perhitungan konsentrasi gas ozon.

Hari/Tanggal

: Rabu, 19 Oktober 2011

Tekanan

: -40 kPa

Panjang Gelombang : 354,28 nm

Data penjerapan gas ozon secara real-time dengan laju alir 0.4 liter/menit

Waktu (menit) Suhu (oC) Kelembaban (%) Tekanan (kPa)* Intensitas (counts) Intensitas (watt /m2)** Konsentrasi (μg/m3 )*** Perubahan konsentrasi (μg/m3₎ **** ppb ISPU Status 0 28.9 67 -0.3 5039.00 - - - - 1 28.9 67 -0.9 4750.72

_2.91E+04

-12.52300 0.000000

_-

2 28.9 67 -1.2 4490.88

_2.76E+04

_29.81

_Baik

15 29.2 66 -1.9 2590.20

_1.59E+04

74.12863 2.578701 74.12863

_30.89

_Baik

14

(26)

Lanjutan Lampiran 1

Keterangan :

Tanda – menunjukkan tidak ada gas ozon yang terdeteksi *) Tanda negatif (-) menunjukkan di bawah tekanan lingkungan. **) Nilai intensitas dikonversi berdasarkan Lampiran 4.

_Baik

30 29.3 65 -1.9 2488.28

_1.53E+04

79.86340 0.000000 79.86340

_33.28

_Baik

15

(27)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 0 20 40 60 80 100 120 In ten sitas ( C o u n ts ) Konsentrasi (μg/m3₎ y = 4352e-0.007x R² = 0.8596

Lanjutan Lampiran 1

Data proses pengencearan sampel gas ozon, 19 Oktober 2011.

Lanjutan Lampiran 1

V + dV

T(%)

Konsentrasi

perhitungan

(μg/m

3

)

Konsentrasi

PPLH

(μg/m

3

)

Intensitas

(counts)*

5

1.210 111.6533

111.653300

2420.960

6

2.327 93.04439

2447.549

7

4.990 79.75234

2510.940

8

6.811 69.78329

2554.287

9

9.429 62.02960

2616.606

10

12.439 55.82664

34.715090

2688.257

6

17.393 46.52220

2806.183

7

23.215 39.87617

2944.770

8

28.462 34.89165

3069.671

9

33.944 31.01480

3200.165

10

38.323 27.91332

24.930230

3304.404

6

42.651 23.26110

3407.428

7

50.153 19.93808

3586.007

8

55.475 17.44582

3712.692

9

61.274 15.50740

3850.733

10

66.000 13.95666

7.139563

3963.231

6

73.355 11.63055

4138.311

7

75.361 9.969042

4186.062

8

81.763 8.722912

4338.456

9

83.128 7.753699

4370.949

10

87.671 6.978329

1.579980

4479.091

6

92.732 5.815275

4599.564

7

97.537 4.984521

4713.943

8

99.082 4.361456

1.357597

4750.720

Dari data pengenceran dapat dibuat hubungan konsentrasi dan

intensitas cahaya. Persamaan kurva dapat digunakan untuk

menentukan nilai konsentrasi dari data real-time.

Keterangan :

*) Nilai intensitas dari hasil normalisasi pada Lampiran 3.

(28)

Lanjutan Lampiran 1

Hari/Tanggal

: Kamis, 27 Oktober 2011

Tekanan

: - 70 kPa

Panjang Gelombang : 357,39 nm

Data penjerapan gas ozon secara real-time dengan laju alir 0.4 liter/menit

Waktu

(menit)

Suhu

(

o

C)

Kelembaban

(%)

Tekanan

(kPa)

*

Intensitas

(counts)

Intensitas

(watt /m

2

)

**

Konsentrasi

(μg/m

3

)

***

Perubahan

konsentrasi

(μg/m

3

)

****

ppb

ISPU

Status

0

28.9

70 -0.3

4124.43

-

1

28.9

70

0.0 4067.68

2.50E+04

0.414021

0.414021 0.414021

0.173 Baik

2

28.9

70

0.2 3893.72

2.39E+04

2.235180

1.821159 2.235180

0.931 Baik

3

28.9

70

0.3 3497.12

2.15E+04

6.711231

4.476051 6.711231

2.796 Baik

4

28.9

70

0.3 3127.10

1.92E+04

11.37097

4.659738 11.37097

4.738 Baik

5

29.0

69

0.3 2744.44

1.69E+04

16.80968

5.438709 16.80968

7.004 Baik

6

29.0

69

0.3 2542.49

1.56E+04

19.99439

3.184714 19.99439

8.331 Baik

7

29.0

69

0.3 2479.27

1.52E+04

21.04355

1.049156 21.04355

8.768 Baik

8

29.0

68

0.3 2306.65

1.42E+04

24.05054

3.006996 24.05054

10.021 Baik

9

29.0

68

0.2 2196.07

1.35E+04

26.09750

2.046952 26.09750

10.874 Baik

10

29.0

68

0.3 2137.68

1.31E+04

27.22034

1.122845 27.22034

11.342 Baik

11

29.0

68

0.4 2056.46

1.26E+04

28.83430

1.613961 28.83430

12.014 Baik

12

29.0

68

0.2 1978.52

1.22E+04

30.44418

1.609874 30.44418

12.685 Baik

13

29.0

68

0.3 1904.23

1.17E+04

32.03882

1.594640 32.03882

13.350 Baik

14

29.0

68

0.3 1860.53

1.14E+04

33.00616

0.967347 33.00616

13.753 Baik

15

29.0

68

0.2 1808.41

1.11E+04

34.19005

1.183891 34.19005

14.246 Baik

16

29.0

68

0.2 1756.87

1.08E+04

35.39481

1.204758 35.39481

14.748 Baik

17

29.0

68

0.2 1673.70

1.03E+04

37.41552

2.020711 37.41552

15.590 Baik

17

(29)

Lanjutan Lampiran 1

Keterangan :

Tanda – menunjukkan tidak ada gas ozon yang terdeteksi *) Tanda negatif (-) menunjukkan di bawah tekanan lingkungan **) Nilai intensitas dikonversi berdasarkan Lampiran 4.

***) Nilai konsentrasi diperoleh dengan persamaan y=4108.3e-0.024x , dari kurva kalibrasi hasil dari normalisasi

****) Nilai konsentrasi merupakan selisih konsentrasi dengan waktu sebelumnya

Waktu

(menit)

Suhu

(

o

C)

Kelembaban

(%)

Tekanan

(kPa)

*

Intensitas

(counts)

Intensitas

(watt /m

2

)

**

Konsentrasi

(μg/m

3

)

***

Perubahan

konsentrasi

(μg/m

3

)

****

ppb

ISPU

Status

18

29.0

68

0.2 1623.42

9.98E+03

38.68643

1.270905

38.68643

16.119 Baik

19

29.0

68

0.2 1611.01

9.91E+03

39.00617

0.319738

39.00617

16.253 Baik

20

29.0

68

0.2 1522.14

9.36E+03

41.37050

2.364336

41.37050

17.238 Baik

21

29.0

68

0.3 1471.04

9.05E+03

42.79332

1.422817

42.79332

17.831 Baik

22

29.0

68

0.4 1720.43

1.06E+04

36.26813

0.000000

36.26813

15.112 Baik

23

29.1

68

0.2 1693.55

1.04E+04

36.92427

0.656139

36.92427

15.385 Baik

24

29.1

67

0.2 1441.49

8.86E+03

43.63883

6.714567

43.63883

18.183 Baik

25

29.1

67

0.2 1438.33

8.84E+03

43.73027

0.091441

43.73027

18.221 Baik

26

29.1

67

0.3 1375.14

8.46E+03

45.60224

1.871966

45.60224

19.001 Baik

27

29.1

67

0.3 1370.01

8.42E+03

45.75797

0.155729

45.75797

19.066 Baik

28

29.1

67

0.2 1335.89

8.22E+03

46.80882

1.050846

46.80882

19.504 Baik

29

29.1

67

0.2 1238.02

7.61E+03

49.97900

3.170184

49.97900

20.825 Baik

30

29.1

67

0.3 1192.00

7.33E+03

51.55736

1.578365

51.55736

21.482 Baik

18

(30)

Lanjutan Lampiran 1

Data proses pengencearan sampel gas ozon, 27 Oktober 2011.

Lanjutan Lampiran 1

V + dV T(%) Konsentrasi perhitungan (μg/m3 ) Konsentrasi PPLH (μg/m3 ) Intensitas (counts)* V + dV T(%) Konsentrasi perhitungan (μg/m3 ) Konsentrasi PPLH (μg/m3 ) Intensitas (counts)* V + dV T(%) Konsentrasi perhitungan (μg/m3 ) Konsentrasi PPLH (μg/m3 ) Intensitas (counts)* 5.0 6.437 56.96240 56.9624 1192.00 10.0 58.373 14.24060 11.6246 2852.79 10.0 90.036 3.560150 1.0089 3865.29 5.5 10.173 51.78400 1311.47 5.5 61.444 12.94600 2950.99 5.5 90.061 3.236500 3866.09 6.0 12.303 47.46867 1379.58 6.0 63.746 11.86717 3024.60 6.0 91.828 2.966792 3922.60 6.5 13.496 43.81723 1417.73 6.5 64.867 10.95431 3060.45 6.5 91.892 2.738577 3924.64 7.0 17.17 40.68743 1535.22 7.0 70.072 10.17186 3226.89 7.0 93.157 2.542964 3965.10 7.5 19.34 37.97493 1604.61 7.5 72.204 9.493733 3295.07 7.5 94.081 2.373433 3994.64 8.0 19.474 35.60150 1608.89 8.0 72.442 8.900375 3302.68 8.0 94.567 2.225094 4010.18 8.5 21.755 33.50729 1681.83 8.5 75.593 8.376824 3403.44 8.5 94.534 2.094206 4009.13 9.0 23.295 31.64578 1731.08 9.0 76.515 7.911444 3432.92 9.0 95.154 1.977861 4028.96 9.5 28.423 29.98021 1895.06 9.5 77.224 7.495053 3455.60 9.5 95.518 1.873763 4040.59 10.0 30.535 28.48120 25.5577 1962.60 10.0 77.521 7.120300 1.672 3465.09 10.0 96.365 1.780075 0.5666 4067.68 5.5 34.357 25.89200 2084.81 5.5 79.601 6.473000 3531.61 6.0 38.458 23.73433 2215.95 6.0 81.112 5.933583 3579.93 6.5 39.361 21.90862 2244.83 6.5 80.346 5.477154 3555.43 7.0 44.803 20.34371 2418.85 7.0 83.929 5.085929 3670.01 7.5 46.705 18.98747 2479.67 7.5 84.769 4.746867 3696.87 8.0 50.908 17.80075 2614.08 8.0 86.698 4.450188 3758.55 8.5 52.787 16.75365 2674.16 8.5 86.739 4.188412 3759.86 9.0 54.103 15.82289 2716.24 9.0 87.966 3.955722 3799.10 9.5 55.343 14.99011 2755.90 9.5 88.323 3.747526 3810.52 Keterangan :

(31)

y = 4108.3e-0.024x R² = 0.986 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 10 20 30 40 50 60 In ten sitas ( co u n ts ) Konsentrasi (μg/m3₎