PENGUJIAN LASER INDUCED BREAKDOWN DETECTION (LIBD) TERHADAP PELARUT ORGANIK
SKRIPSI
NIA ODILIA SITOHANG 140801036
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2018
PENGUJIAN LASER INDUCED BREAKDOWN DETECTION (LIBD) TERHADAP PELARUT ORGANIK
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
NIA ODILIA SITOHANG 140801036
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2018
PERNYATAAN ORISINALITAS
PENGUJIAN LASER INDUCED BREAKDOWN DETECTION (LIBD) TERHADAP PELARUT ORGANIK
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2018 Penulis
Nia Odilia Sitohang 140801036
PENGHARGAAN
Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaanNya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan.
Selama kuliah sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moral, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ibu Kirana Yuniati Putri, S.T, M.Sc dan Bapak Junedi Ginting S.Si, M.Si selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
2. Terimakasih yang sebesar- besarnya kepada kedua orang tuaku yang tercinta , kepada Bapakku Daulat Sitohang dan Ibuku Rosida Pintubatu yang telah mendidik dan membesarkan saya sampai saya bisa melakukan dan menyelesaikan penulisan skripsi ini serta memberikan inspirasi , dorongan spritual, dana, perhatian dan doa yang tak henti-hentinya kepada penulis.
3. Bapak Dr. Perdinan Sinuhaji, M.S selaku Ketua Departemen Fisika, dan Awan Magfirah M.S selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU, Kak Tini, Bang Jo dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi.
4. BapakDrs. Takdir Tamba dan Bapak Dr. Bisman Peranginangin M.Eng.Sc selaku Dosen Penguji saya atas saran dan masukan dalam penulisan Skripsi ini.
5. Pihak LIPI Serpong yang banyak membantu diantaranya Ibu Kirana Yuniati Putri, S.T, M.Sc selaku pembimbing di P2F LIPI, Ibu Dr. Rike Yudiantiselaku kepala P2F LIPI, Bapak Dr. Masno Ginting , Ibu Nufina, Bapak Isnaeni, Ibu Ani, Mbak Zaitun, dan seluruh staf dan karyawan P2F LIPI yang banyak membantu, saya mengucapkan terimakasih.
6. Terima kasih buat Adik-adikku Tomi Rafael Sitohang, Patar Damian Sitohang, Agung Benedictus Sitohang dan Hutasoma Sitohang yang telah memberikan dukungan, doa dan memberikan semangat kepada penulis.
7. Terima kasih buat keluarga besar Sitohang dan Keluarga Besar Silalahi yang selalu mendukung mendoakan dan memberi semangat kepada Penulis..
8. Sahabatku Irma Surya Siregar, Mariana Panjaitan, Mei sandy Sitepu, Dewi Githa Sijabat dan Desman Siringoringo, yang selalu menemani penulis saat senang dan duka dimasa perkuliahan hingga selesainya skripsi ini selama 4 tahun. Terima kasih banyak Tuhan memberkati kalian. I love you.
9. Teman teman seperjuanagan di LIPI serpong Andika Sinuraya, Indra Siregar Ivana Cesarima, Windy Wulandari, Vivi Maria, Agustina, Cindy, Romauli, Nanda Indriyani, dll yang selalu mendukung, membantu, dalam proses penelitian
10. Teman teman Fisika 2014 Jacky, Elco, Peter, Berkat, Wilia, Nanda Digo, Ibnu, Martin khususnya fisika instrumentasi, yang sudah memberikan kasih, kehangatan, persahabatan, doa, dukungan dan cerita yang tidak dapat dibeli.
Tanpa kalian penulis bukan apa apa dimasa perkuliahan. Semoga kita sukses semua.
11. Adik adikku fisika Stambuk 2015, 2016, 2017 yang sudah menemani, memberi warna dikampus dan kebersamaannya.
12. Semua pihak yang telah membantu penulisan dalam pelaksanaan dan kelancaran penelitian ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu
Penullis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata, semoga tulisan ini bermamfaat bagi para pembaca dan kepentingan orang banyak.
Medan, Agustus 2018
Nia Odilia Sitohang
PENGUJIAN LASER INDUSEN BREAKDOWN DETECTION (LIBD) TERHADAP PELARUT ORGANIK
ABSTRAK
Laser-Induced Breakdown Detection merupakan salah satu teknik kuantifikasi nanopartikel yang sangat sensitif terutama untuk koloid berukuran kecil dengan konsentrasi rendah. Terdapat dua jenis deteksi nanopartikel menggunakan teknik LIBD, yaitu secara optik dan akustik. LIBD secara akustik menggunakan mikrofon untuk merekam gelombang suara yang menyertai proses pembentukan plasma.
Hingga saat ini, belum ada perangkat lunak siap pakai yang didedikasikan khusus untuk mengolah sinyal suara keluaran sistem LIBD menjadi cacah digital yang nantinya akan diolah lebih lanjut untuk menentukan ukuran dan konsentrasi koloid.
Dalam penelitian ini pembuatan program pengolah data keluaran LIBD akustik menggunakan bahasa pemrograman digital MATLABTM. Pengolahan terhadap data awal yang berupa rekaman audio pengukuran LIBD akustik menghasilkan keluaran jumlah breakdown yang terekam dan probabilitasnya. Eksperimen validasi yang dilakukan setelahnya menunjukkan bahwa program yang dibuat dapat bekerja dengan baik dan dapat mengolah data mentah keluaran sistem LIBD akustik menjadi bentuk yang dapat diolah lebih lanjut
Kata kunci : laser induced breakdown detection, sinyal akustik, nanopartikel, pelarut organik
LASER INDUCED BREAKDOWN DETECTION (LIBD) TESTING ON ORGANIC SOLVENTS
ABSTRACT
Laser-Induced Breakdown Detection is one of the most sensitive nanoparticle quantification techniques especially for small-sized colloids with low concentrations.
There are two types of nanoparticle detection using LIBD technique, ie optically and acoustically. LIBD acoustically uses a microphone to record sound waves that accompany the process of plasma formation. Until now, there is no ready-made software dedicated exclusively to process the sound output signal of the LIBD system into a digital cache which will be further processed to determine the size and concentration of colloids. In this research the manufacture of acoustic LIBD output data processing program using MATLABTM digital programming language. The processing of the initial data in the form of audio recording of acoustic LIBD measurements yields the output of the number of recorded breakdowns and their probabilities. The subsequent validation experiments show that the program created works well and can process the raw data output of the acoustic LIBD system into a further processable form.
Keywords: laser induced breakdown detection, acoustic signal, nanoparticles, organic solvents
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan i
Lembar Pengesahan ii
Pernyataan iii
Penghargaan iv
Abstrak vi
Abstrack vii
Daftar Isi viii
Daftar Table x
Daftar Gambar xi
Daftar Lampiran xii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Tujuan Penelitian 2
1.4 Batasan Masalah 3
1.5 Mamfaat Penelitian 3
1.6 Tempat dan Waktu Penelitian 3
1.7 Sistematika Penelitian 4
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Nanopartikel koloid 5
2.1.1 Defenisi nanopartikel dan koloid 6
2.1.2 Kegunaan Koloid 6
2.2 Laser 6
2.2.1 Defenisi laser 6
2.2.2 Proses terjadinya laser 7
2.2.3 Sifat sifat laser 7
2.2.4 Komponen laser 8
2.2.5 Laser Nd-YAG 9
2.2.6 Q-switch 10
2.2.7 Penelitian awal terkait pengukuran ukuran pertikel nano berdasarkan plasma laser 11
2.3 Laser Induced Breakdown Detection 11
2.3.1 Defenisi Laser Induced Breakdown Detection 11 2.3.2 Laser Induced Breakdown Detection Akustik 12
2.3.3 Prinsip kerja LIBD 13
2.3.4 Deteksi keberadaan koloid menggunakan LIBD 13
2.4 Pengolahan sinyal akustik 14
2.4.1 Defenisi sinyal akustik 14
2.5 Bahasa Pemograman 15
2.5.1 Bahasa Pemograman Bahasa Matlab 15
2.5.2 M-File 16
2.6 Pelarut organik 17
2.6.1 Metanol 17
2.6.2 Etanol 18
2.6.3 Toluene 19
2.6.4 Xylene 20
2.6.5 Ethylene Glycol 20
2.6.6 Minyak Goreng 21
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan tempat 22
3.2 Metodologi Penelitian 23
3.2.1 Diagram alir 23
3.3 Alat dan bahan penelitian 24
3.3.1 Laser Nd-YAG 24
3.3.2 Energi meter 24
3.3.3 Stgae 24
3.3.4 Lensa pemfokus 24
3.3.5 Cuvette 24
3.3.6 Botol sampel 25
3.3.7 Handphone 25
3.3.8 Mikrofon 25
3.3.9 Kacamata anti radiasi 25
3.3.10 Laptop 25
3.3.11 Pengujian sampel yang digunakan 26 3.4 Set-Up Laser Induced Breakdown Detection 27 3.5 Diagram perangkat lunak pengolahan system LIBD 29
3.6 Pengambilan data LIBD 29
3.7 Sistem pengolahan data 30
3.8 Menghitung jumlah breakdown pada sampel 32 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Probability breakdown pada sampel 33 4.1.1 Hasil data akustik Laser Induced Breakdown Detection 33 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 41
5.2 Saran 41
Daftar Pustaka Lampiran
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Laser Nd-YAG 10
Gambar 2.2 Prinsip Kerja LIBD 13
Gambar 3.1 Representasi Skematik Set-up LIBD 27 Gambar 3.2 Diagram Blok Perangkat Lunak Pengolahan suara LIBD 29 Gambar 3.3 Interface yang Digunakan Untuk Pengolahan Data 30
Gambar 3.4 Penginputan Data Audio 31
Gambar 3.5 Penentuan Ambang Batas 32
Gambar 3.6 PenentuanJumlah Breakdown dan Analisa Frekuensi suara 32 Gambar 4.1 Grafik Energi VS Probability breakdown Air Keran 34 Gambar 4.2 Grafik Energi VS Probability breakdown Air Filter 35 Gambar 4.3 Grafik Energi VS Probability breakdown Toluene 35 Gambar 4.4 Grafik Energi VS Probability breakdown Ethylen Glycol 36 Gambar 4.5 Grafik Energi VS Probability breakdown Xylene 36 Gambar 4.6 Grafik Energi VS Probability breakdown Metanol 37 Gambar 4.7 Grafik Energi VS Probability breakdown Etanol 38 Gambar 4.8 Grafik Energi VS Probability breakdown Minyak Goreng 38 Gambar 4.9 Sampel Pelarut Yang Mengalami Breakdown 39 Gambar 4.10 Sampel Pelarut Yang Tidak Mengalami Breakdown 39 Gambar 4.11 Grafik Energi VS Probability breakdown Air Keran, Air Filter
Dan Pelarut Organik 41
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1 Pengukuran Sampel Dengan Volume 27 Table 4.1 Probability BD Pada Larutan Air Keran Air Filter dan
Pelarut Organik 40
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Tabel Probability terhadap Energi Lampiran 2 M-File
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini perkembangan teknologi tidak terlepas dari material nano. Meningkatnya kebutuhan industri akan ukuran partikel yang semakin kecil menyebabkan nanopartikel mengalami kemajuan pesat. Pemanfaatan nanopartikel kini tidak hanya di bidang farmasi namun juga memiliki peran penting dalam bidang fotonik, elektronik, sensor, laser, serta berbagai teknologi lain dalam penanganan pencemaran lingkungan. Diketahui bahwa sifat optik dari nanopartikel erat hubungannya dengan ukuran, yang kemudian menjadi tantangan untuk bisa mengukur ukuran dari nanopartikel.
Salah satu teknik yang dapat digunakan untuk mengetahui ukuran nanopartikel pada medium cair dapat menggunakan metode laser induced breakdown detection akustik atau yang biasa disingkat dengan LIBD akustik. Dalam sintesis nanomaterial yang dilakukan pada medium cair, kestabilan nanomaterial dalam medium cair tersebut merupakan faktor penting yang perlu diperhatikan. Kestabilan sistem koloid alami juga menjadi fokus berbagai penelitian. Laser-induced breakdown detection (LIBD) adalah salah satu teknik yang paling sensitif dikembangkan sejauh ini untuk mengukur nanopartikel koloid dengan ukuran di bawah 100 nm, sepersepuluh juta.
Umumnya LIBD akustik menggunakan cahaya tampak yang biasanya merupakan laser dengan panjang gelombang diantara 500 nm hingga 550 nm sebagai sumber energi. Dalam penelitian ini menggunakan laser dengan panjang gelombang 532 nm
Pada umumnya LIBD digunakan pada sampel koloid berbasis air, LIBD akustik telah banyak digunakan sebagai quality control pada berbagai macam media mulai dari air di daerah eks percobaan nuklir hingga pada air bersih dalam kemasan siap minum. Belum ditemukan literatur dimana pengujian LIBD dilakukan pada sampel koloid dengan pelarut bukan air.
Dari keterangan-keterangan tersebut menimbulkan suatu pertanyaan yaitu apakah LIBD akustik hanya bisa digunakan pada pelarut berbasis air saja?
Pertanyaan tersebut menggugah penulis akan mencoba melakukan penelitian dengan
metode LIBD akustik untuk menganalisa nanopartikel yang terkandung dalam toluena, ethylene glycol, methanol, ethanol, xylen dan minyak yang merupakan selain air
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, perumusan masalah yang diajukan adalah sebagai berikut: menguji sampel larutan toluene, methanol, ethanol, ethylene glycol, xylen, minyak goreng menggunakan metode LIBD dengan baik, apakah dapat mendeteksi nanopartikel yang terkandung dengan breakdown plasma yang terjadi.
1.3 Tujuan Penelitian
1. Untuk mempelajari rancang bangun sistem LIBD akustik dan cara pengolahan datanya menggunakan MATLAB.
2. Untuk mengaplikasikan metode LIBD akustik pada pelarut yang bukan air yaitu toluene, methanol, ethanol, ethylene glycol, minyak goreng, dan xylene.
3. Untuk mengetahui apakah LIBD akustik dapat digunakan untuk mendeteksi nanopartikel pada pelarut toluene, methanol, ethanol, ethylene glycol, xylene. Dan minyak goreng.
4. Untuk mengetahui kemurnian antara air dan pelarut organic dengan jumlah breakdown yang terdeteksi menggunakan metode LIBD akustik
1.4 Batasan Masalah
Terdapat beberapa batasan masalah dalam melakukan penelitian ini, yakni sebagai berikut:
a. Penelitian meliputi pengambilan data dengan sistem LIBD sederhana dan pengolahan data dengan pemrograman MATLAB yang dibangun sendiri.
b. Penelitian dilakukan pada larutan sampel toluena, methanol, ethanol, ethylene glycol, miyak goreng, xylene, dan air dengan mengesampingkan konsentrasinya.
c. Penelitian hanya berfokus untuk melihat apakah metode LIBD akustik dapat diaplikasikan pada jenis-jenis larutan tersebut.
d. Penelitian hanya fokus pada data berupa jumlah breakdown dan frekuensi akustik breakdown yang terjadi pada sampel.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini yaitu
1. Untuk mengetahui apakah LIBD akustik dapat digunakan untuk mendeteksi nanopartikel pada berbagai jenis pelarut.
2. Untuk memberikan gambaran/masukan dalam system rancang pengukuran dan pengolahan data LIBD supaya dapat mempertimbangkan pengaruh jenis pelarut yang dipakai di sampel yang diukur. Selain itu, penelitian ini juga diharapkan dapat memberikan informasi terkait karakteristik pengujian LIBD akustik pada jenis pelarut tertentu.
1.6 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium laser Pusat Penelitian Fisika LIPI Gd.442 Kawasan PUSPITEK Serpong, Desa Setu, Kecamatan Setu, Kota Tangerang Selatan, Kode Pos 15310, Provinsi Banten, Indonesia. Dimulai dari tanggal 2 Februari 2018 sampai tanggal 7 Mei 2018.
1.7 Sistematika Penulisan
Sitematika penulisan pada masing – masing bab adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisikan pendahuluan yang menjelaskan mengenai latar belakang, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, serta sistematika penulisan.
BAB II LANDASAN TEORI
bab ini dijelaskan tentang teori pendukung yang digunakan untuk pembahasan teoripendukung itu antara lain tentang LIBD (Laser Induced Breakdown Detection)
BAB III PERANCANGAN ALAT
Pada bagian ini akan dibahas perancangan dari alat, yaitu diagram blok dari rangkaian, skematik dan sistem kerja dari masing-masing rangkaian.
BAB IV HASIL DAN ANALISIS
Bab ini berisikan pengujian alat dan analisis akhir yang telah dibuat. Bab ini berisikan pengujian alat dan analisis.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Merupakan bab penutup yang berisikan kesimpulan dan saran.
DAFTAR PUSTAKA
Berisi referensi-referensi yang telah digunakan pembuatan Tugas Akhir ini sebagia acuan yang mendukung.
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Nanopartikel koloid
2.1.1 Defenisi Partikel Nano Dan Koloid
Nanopartikel (NP) atau koloid didefinisikan sebagai partikel dengan diameter lebih kecil dari 100 nm, semakin banyak digunakan dalam aplikasi yang berbeda, termasuk sistem pembawa obat dan untuk melewati hambatan organ seperti darah- otak penghalang. Karena sifat unik mereka nanocrystals (titik kuantum) dan nanopartikel lainnya (koloid emas, nanobars, dendrimers dan nanoshells) telah menerima banyak perhatian untuk menggunakan potensi dalam Therapeutics, Bioengineering dan penemuan obat terapi. Dalam ulasan ini potensi penggunaan nanocrystals ini dan Nanopartikel di berbagai bidang penting telah dibahas. Sifat khusus dari nanopartikel ini mungkin menawarkan kemajuan baru dalam penemuan obat. (Abhilash. M, 2010)
Material atau struktur yang mempunyai ukuran nano akan mempunyai sifat- sifat yang berbeda dari material realnya. Karakteristik spesifik dari nanopartikel tersebut bergantung pada ukuran, distribusi, morfologi, dan fasanya. (Tadros, T.F, 2005).
Secara umum ukuran partikel koloid dapat diklasifikasikan menurut bentuk laminar atau linier. Bentuk koloid banyak dijumpain bulat atau hampir bulat. Contoh proses yang sangat bergantung pada penerapan koloid/fenomena permukaan yaitu adhesi, kromatografi, detergensi.
Koloid yang berada di alam hayati (seperti di bakteri dan virus ) memiliki pengaruh penting terhadap kualitas produk obat dan khususnya pada air minum.
Koloid di dalam air sangat sulit untuk ditemukan karena memiliki kosentrasi dan ukuran yang sangat kecil (d<10 -7m). Dalam air alami, koloid sebagai peran pembawa untuk migrasi larut dalam air polutan. Jumlah dan ukuran koloid air bervariasi dengan sifat fisik dan kimia. Koloid dalam air alami terdiri dari bahan organik atau anorganik dan gabungan dari keduanya. Konsentrasi dalam air alami
dalam kisara nppb dengan diameter rata-rata partikel umum kurang dari 50 nm (budched et al.2001)
2.1.2Kegunaan Koloid
Koloid alami mempunyai peran yang sangat penting untuk transportasi polutan. Hal ini ditunjukkan dari berbagai kegunaan koloid seperti kemurnian air minum dalam pengolahan air dan penelitian dibidang lingkungan. Selain itu, koloid berfungsi sebagai media untuk pertumbuhan mikrobiologi yaitu koloid tersebut dapat menjadi indikator dari mikroorganisme seperti bakteri virus atau parasitm (http://techtransfer.ima.kit.edu/ResearchToBusiness). Morfologi, komposisi dan struktur koloid sangat penting untuk menentukan peran dari koloid dalam lingkungan. (Santschi etal., 1998; MuirheaddanLead,2003)
2. 2 Laser
2.2.1 Defenisi Laser
Semenjak ditemukannya MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) oleh Charles H. Townes, MASER merupakan cikal bakal ditemukannya LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).Laser merupakan pengembangan dari Maser yang dikembangkan oleh Theodore Maiman pada tahun 1960 (yang pada saat itu mengunakan kristal rubi untuk menghasilkan cahaya laser) walaupun pada tahun 1917 Albert Einstein telah mempublikasikan teori dasar tentang laser. Laser merupakan gelombang elektromagnetik (Helen Martina Manurung,2009). Laser merupakan akronim dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Laser yang sudah dikembangkan saat ini terdiri dari beberapa jenis. Berdasarkan sifat keluarannya, jenis laser dapat dibagi menjadi dua kategori yakni laser kontinyu dan laser pulsa.
Laser kontinyu memancarkan cahaya yang tetap selama medium lasernya tereksitasi sementara itu laser pulsa memancarkan cahaya dalam bentuk pulsa pada interval waktu tertentu. (William T, Silfvast, 2004)
Pada laser, yang proses yang terpenting adalah proses dasar yang memungkinkan penguatan (amplification) pada frekuensi optik sampai pada frekuensi yang diperoleh. Proses ini menggunakan energi yang terlibat ketika partikel yang berlainan membentuk materi, terkhususnya atom-atom, ion-ion dan
molekul-molekul yang berpindah dari tingkat energi yang satu ke tingkat energi yang lainnya (Colin E. Webb, 2004)
2.2.2 Proses Terjadinya Laser
Terjadinya laser sudah diramalkan jauh hari sebelum dikembangkannya mekanika kuantum. Pada tahun 1917, Albert Einstein mempostulatkan pancaran imbas pada peristiwa radiasi agar dapat menjelaskan kesetimbangan termal suatu gas yang sedang menyerap dan memancarkan radiasi. Menurut dia ada 3 proses yang terlibat dalam kesetimbangan itu, yaitu : serapan, pancarn spontan (disebut fluorensi) dan pancaran terangsang ( atau lasing dalam bahasa Inggrisnya, artinya memancarkan laser). Proses yang terakhir biasanya diabaikan terhadap yang lain karena pada keadaan normal serapan dan pancaran spontan sangat dominan. (Satoto, Dwi.2007)
2.2.3 Sifat – Sifat Laser
Sifat cahaya laser dicirikan oleh monokromatik, koheren, terarah danbrightness.
a. Monokromatik
Monokromatis artinya hanya satu frekuensi yang dipancarkan. Sifat inidiakibatkan oleh : hanya satu frekuensi yang dikuatkan [ν = (E2-E1)/h]
dan susunan dua cermin yang membentuk cavity-resonant sehingga osilasihanya terjadi pada frekuensi yang sesuai dengan frekuensi cavity.
b. Koheren
• Koheren ruang (spatial coherence)
Jenis koherensi ini dimasudkan adalah korelasi antara medan disuatu titik dan medanpada titik yang sama pada saat berikutnya ; yakni hubungan antara E (x,y,z,t1) dan E (x,y,z,t2). Jika beda fase antara dua medan tetap selama periode yang diamati, yangberkisar antara beberapa mikrodetik, gelombang tersebut kita namakan memilikikoherensi temporal. Jika beda fase berubah beberapa kali dan secara tidak teraturselama periode pengamatan yang singkat, gelombang dikatakan tidak – koheren
• Koheren waktu (temporal coherence)
dua medan pada dua tiik berbeda pada permukaan gelombang dari suatu gelombang elektromagnetis dikatakan koheren special jika mereka mempertahankan beda fase tetap selama waktu t. Bahkan hal ini mungkin
jika dua berkas tersebut secara sendiri- sendiri tidak koheren temporal (menurut waktu), karena setiap perubahan fase dan salah satu berkas diikuti oleh perubahan fase yang sama dalam berkas yang lain. Dengan sumber cahaya biasa hal ini hanya mungkin jika dua berkas telah dihasilkan dalam bagian yang sama dari sumber. Tidak koleransi temporal merupakan karakteristik dari berkas tunggal cahaya,sedangkan tidak kolerensi sepesial berkenaan dengan hubungan antara dua berkas cahaya yang terpisa.Dua berkas cahaya yang berasal dari bagian-bagian berbeda dari sumber telah di pancarkan oleh kelompok kelompok atom yang berbeda. Masing-maing berkas tidak akan koheren waktu dan akan mengalami perubahan fase acak sebagai akibatnya beda fase antara dua berkas juga akan mengalami perubahan prubahan yang cepat dan acak.
Dua berkas yang demikian dikatakan tidak koheren sepesial (menurut tempat).
c. Keterarahan (Directionality)
merupakan konsekuensi langsung ditempatkannya bahan aktif dalam cavity resonant, dimana hanya gelombang yang merambat dalam arah yang tegak lurus terhadap cermin-cermin yang dapat dipertahankan dalam cavity.
d. Brightness (Kecemerlangan)
Brightness suatu sumber cahaya didefinisikan sebagai daya yang dipancarkan persatuan luas permukaan persatuan sudut ruang.
2.2.4. Komponen Laser
Setiap laser mempunyai komponen sebagai berikut:
13. Media Laser, dapat berupa benda padat, cair maupun gas. Media ini menentukan panjang gelombang dan klasifikasi dari laser.
2. Rongga optik atau pipa laser, mempunyai dua cermin yaitu cermin yang memantulkan cahaya sepenuhnya (fully reflective) dan cermin yang meneruskan sebagian cahaya (partially transmissive) yang ditempakan di ujung rongga optik.
3. Sumber energi, baik mekanis maupun optik. Sumber energi ini berfugsi untuk memompa atom-atom di dalam media laser tingkat energi yang lebih tinggi. Atom-atom yang telah berada di tingkat energi yang lebih akan
mengakibatkan terjadinya populasi inverse dan melepaskan foton-foton cahaya. Foton tersebut akan dipantulkan kedua cermin, saling menabrak dan menghasilkan emisi yang lebih terstimulasi. Energi foton pada panjang gelombang dan frekuensi yang sama keluar melalui cermin penerus sebagian cahaya dan membentuk sinar laser.
Energi yang keluar sangat kuat, koheren, kolimasi dan monokromatik. Koheren mempunyai arti bahwa semua foton tetap berada pada fase yang sama. Kolimasi berarti bahwa sinar laser sejajar, utuh, tidak menyebar dan sangat searah. Selain itu, sinar laser juga merupakan energi elektromagnetik yang bersifat monokromatik, yaitu memancarkan satu warna (Chris Anthony,2001).
2.2.5 Laser Nd-YAG
Laser Nd:YAG dapat beroperasi pada kontinu dan pulsa, yang dipompa oleh lampu atau laser semikonduktor AlGaAs. Laser ini banyak digunakan untuk berbagai aplikasi, seperti : pemrosesan material (drilling and welding), aplikasi medis (laser Nd:YAG kontinu dengan daya 50 Watt digunakan untuk evaporasi jaringan dan koagulasi), aplikasi scientific dan militer (ayi bahtiar.M.Si.2008).
Ion Neodymium dalam berbagai jenis kristal ionik bertindak sebagai media gain laser, yang memancarkan energi laser dalam panjang gelombang 213 nm, 266 nm, 355 nm, 532 nm, dan 1064 nm dari transisi atom tertentu dalam ion neodymium, setelah "dipompa" ke eksitasi dari sumber eksternal Nd: YAG laser optik dipompa menggunakan tabung flash. Untuk beberapa jenis laser nd yag, baik laser pulsa ataupun kontiniu memiliki ukuran diameter berkas laser dibawah 5 mm dan adapun yang lebih.
Pada dasarnya laser Nd-YAG dipompa oleh satu flashlamp dan memiliki optic rongga terpisah sehingga bisa ditambahkan Kristal SHG (Second harmonic generation) dengan dimasukkan ke dalam rongga untuk menghasilkan output yang lebih kuat dari fundamental di hijau. Laser ini bisa juga menjadi Q-switch, sehingga berguna untuk banyak aplikasi bahan. Laser yang menggunakan Kristal Nd-YAG sebagai medium lasing-nya ini, memiliki koherensi yang baik dan spectrum berkas luaran yang sempit, serta dapat diproduksi dengan daya yang sangat bervariasi, mulai dari beberapa miliwatt hingga kilowatt. (Kimmelma,Ossi.2009)
Gambar 2.1 laser Nd-YAG [www.lambdaphoto.co.uk]
2.2.6 Q-Switch
Laser dapat berupa gelombang kontinyu (CW) ataupun laser dengan mode pulsa.
Suatu laser CW mampu mengantarkan aliran cahaya yang terus menerus dengan daya rata-rata nya di Watt ataupun Kilowatt. Laser dalam bentuk pulsa mengantarkan cahaya yang sangat pendek tetapi sangat intens yang diikuti oleh jeda diantara pulsa tanpa cahaya. Waktu selang diantara laser pulsa disebut dengan interpulse dan lama waktu tiap pulsa disebut durasi pulsa. Jumlah nilai Hz mempresentasikan jumlah pulsa yang terjadi tiap detik nya. Panjang durasi pulsa merupakan suatu karakteristik yang penting, dimana pulsa yang memiliki durasi milisecond (10-3) dikarakteristikkan sebagai pulsa panjang. Sementara pulsa dengan durasi nanosecond (10-9) dikategorikan sebagai pulsa pendek. Q switch pada Nd:
YAG memiliki durasi pulsa 3 ns hingga 7 ns. (Goel 2008)
Q switch merupakan suatu teknik dimana laser dapat dibuat untuk memproduksi pulsa-pulsa cahaya dengan daya peak yang sangat tinggi. Jauh lebih tinggi dari pada pulsa-pulsa yang diproduksi oleh laser dengan mode kontinyu. Teknik Q switch akan memberikan energi pulsa yang lebih tinggi dan durasi pulsa yang lebih panjang.
(Früngel 2014)
Q switch sendiri terkarakterisasi menjadi Q switch pasif dan Q switch aktif.
Dimana pada Q switch pasif tidak digunakan modulator elektrik, melainkan menggunakan suatu saturable absorber. Pada kondisi tidak jenuh akan terjadi optical loss yang tinggi. Q switch pada laser mungkin terlihat kurang tepat karena adanya absorbsi awal. Jika energi saturasi dari absorber jauh di bawah beban medium laser, maka hanya sebagian kecil dari energi yang ada yang dibutuhkan
untuk membuat absorber transparan. Tetapi, absorber yang sebenarnya sering kali terdapat sedikit jumlah penyerapan yang nonsaturable yang nantinya memberikan efek terhadap efisiensi laser. Bahan saturable absorber yang biasa digunakan yaitu kristal dengan doping ion tertentu, seperti pada laser Nd:YAG yang menggunakan Cr4+:YAG. (Paschotta 2014)
2.2.7 Penelitian Awal Terkait Pengukuran Ukuran Partikel Nano Berdasarkan Plasma Laser
Harmonik kedua laser YAG (A = 532nm) difokuskan pada air keruh dalam sel kuarsa. Emisi laser Plasmadynamic diinduksi dari kerusakan plasma partikel di wilayah fokus. Di dapat hasil induksi bahwa partikel dengan diameter 9 mm dan panjang fokus lensa adalah 80 mm. Rasio eksitasi pulsa pengulangan laser sebesar 10 pulsa / s. Emisi plasma terjadi pada spektrum eksitasi dan diproses dari arah depan laser. Sebuah monokromator 25 cm digunakan kisi 1800 garis / mm, dan resolusi spektral 0,037 nm. Filter optik ditempatkan di depan spektrometer untuk memotong eksitasi laser. Diukur intensitas untuk partikel tertentu diameter yang bervariasi, namun, nilai rata-rata dari intensitas tergantung pada diameter partikel.
(Nakamura,1991)
2.3 Laser Induced Breakdown Detection
2.3.1 Definisi Laser Induced Breakdown Detection
Laser-induced breakdowndeteksi (LIBD) adalah Suatu metode yang sangat sensitif untuk mendeteksi nanopartikel (koloid). Selama proses deteksi pada proses plasma akan menghasilkan sebuah partikel yang dipancarkan oleh sinar laser dan emisi sinar plasma pada optik. (Bundshuh,T.2001) Metode Laser-induced breakdowndeteksi (LIBD) berdasarkan dari nilai ambang breakdown dan kepadatan suatu bahan material. Energi pulsa laser disesuaikan sehingga di dalam cairan murni tidak ada peristiwa breakdown dan hanya kerusakan pada nilai ambang koloid pada volume fokus yang dapat terlampaui.(Bettis.J.R,1992).
2.3.2 Laser Induced Breakdown Detection (LIBD) Akustik
Laser induced breakdown detection (LIBD) akustik dari nanopartikel berkoloid telah sering diselidiki pada berbagai bidang, seperti pengukuran koloid alami pada air minum, observasi in situ pada media polutan dan pada pengukuran real time dari elemen radioaktif. LIBD akustik merupakan teknik untuk mengukur ukuran dan
konsentrasi dari partikel koloid di media cair menggunakan pulsa laser yang difokuskan ke cairan dengan memanfaatkan gelombang akustik. LIBD akustik sangat efisien khususnya untuk pendeteksian partikel kecil yang diameternya kurang dari 100 nm, yang tidak gampang terdeteksi oleh alat-alat komersil yang tersedia yang menggunakan intensitas cahaya tersebar, seperti PCS (Photon Correlation Spectroscopy). Pada percobaan ini tinggi pulsa dari gelombang sinyal pertama menunjukkan proporsionalitas terhadap ukuran partikel. (Jung and Cho 2012)
Informasi mengenai ukuran partikel dapat diukur melalui energi ambang batas breakdown yang didefinisikan sebagai energi pulsa laser minimum yang dibutuhkan untuk memulai sebuah plasma. Energi ambang batas dari breakdown probability diukur sebagai suatu fungsi dari energi pulsa laser. (Fedotova et al.
2015)
𝐵𝐷𝑃 = 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑏𝑟𝑒𝑎𝑘𝑑𝑜𝑤𝑛 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑎 𝑙𝑎𝑠𝑒𝑟
Pada LIBD akustik terdapat ambang batas energi (Eth) yang berarti energi dimana breakdown pertama kali terdeteksi. Selain itu juga terdapat suatu parameter yang bergantung pada konsentrasi (C) yang mendefinisikan slope dari kurva energi.
Eth dan C dapat digunakan untuk menghitung ukuran dan konsentrasi partikel. Eth
hanya bergantung pada ukuran nanopartikel bukan konsentrasi. Eth dapat digunakan untuk menghitung ukuran partikel dari nanopartikel. Untuk sistem LIBD akustik ini terdapat hubungan antara Eth dan dp, yang merpresentasikan ukuran kalibrasi sistem secara empiris dapat ditunjukkan dengan fungsi power law berikut dimana dp adalah diameter partikel dan Eth berarti energi ambang batas breakdown. Cn adalah konsentrasi partikel dan C merupakan parameter bergantung konsentrasinya, (Fedotova et al. 2015)
2.3.3 Prinsip Kerja Laser Induced Breakdown Detection (LIBD)
Breakdown probability atau probabilitas breakdown adalah kemungkinan atau peluang terjadinya breakdown untuk sejumlah tertentu pulsa laser yang ditembakkan.Rumusnya adalah banyaknya breakdown yang terjadi dibagi banyaknya pulsa laser yang ditembakkan.Breakdown probability dapat digunakan untuk menentukan ukuran dan.konsentrasi partikel yang disebut dengan breakdown sendiri
adalah proses terjadinya plasma akibat interaksi berkas sinar laser terpulsa dengan partikel koloid.
Proses terjadinya breakdown yaitu sinar laser yang termodulasi dari intensitas energi yang tinggi (proses radiasi). Atom mengalami ionisasi pada proses multiphoton ionisasi menghasilkan elektron bebas selanjutnya mengalami percepatan akibat inverse bremsstrahlung dalam medan listrik pulsa laser. Setelah mendapatkan cukup energi, atom-atom lain pun mengalami ionisasi danjumlah elektron yang terlepas menjadi berlipat ganda.Hal ini terjadi berulang-ulang dan mengakibatkan peningkatan densitas pembawa muatan bebas,sehingga timbul plasma. (Kim& Wather,2007)
Gambar 2.2 Prinsip kerja LIBD (Laser Induced Breakdown Detection)akustik [budchet et al. 2005]
2.3.4 Deteksi Keberadaan Koloid Menggunakan LIBD
LIBD mampu mengkarakterisasi partikel dalam media cair turun menjadi sekitar 10 nm dalam ukuran (bahkan lebih rendah dengan setup optik khusus), dan dengan resolusi dalam ng / L (ppt). LIBD mendapatkan distribusi ukuran partikel, pra- fraksinasi diperlukan. Partikel yang lebih besar dari 1 mm tidak mengganggu pengukuran, tetapi menentukan ukuran mereka menjadi semakin akurat. LIBD dapat menentukan berbagai ukuran koloid, yaitu 10-1000 nm. LIBD yang paling cocok
untuk pemeriksaan perubahan populasi partikel (keduanya dikenal dan sampel yang tidak diketahui), dan untuk karakterisasi koloid.
LIBD digunakan sebagai detektor partikel yang sangat sensitif, baik dalam kombinasi dengan teknik fraksinasi atau sebagai detektor ambang batas yang memicu batas partikel tertentu dalam fasa cair. (Koster, 2007)
2.4 Pengolahan Sinyal Akustik 2.4.1 Definisi Sinyal akustik
Sinyal adalah model dari besaran fisik yang berubah terhadap waktu.Sinyal bisa diamati, maka sinyal perlu merambat, menembus medium (yakni sistem), untuk tiba di tempat pengamat.Namun medium seringkali bersifat resistif, mengambilenergi panas dari sinyal, sehingga tidak banyak lagi energi yang tersisa untuk diamati di tempat penerima.Sifat peredaman medium ternyata bergantung dari sebuah besaran yang disebut frekuensi (Aemin.2000). Secara matematik sinyal biasanya dimodelkan sebagai suatu fungsi yang tersusun lebih dari satu variabel bebas.Contoh variabel bebas yang bisa digunakan untuk merepresentasikan sinyal adalah waktu, frekuensi atau koordinat spasial.berkaitan dengan pembangkitan sinyal dengan menggunakan sebuah sistem. (Tri Budi Santoso.2012)
Ada beberapa klasifikasi sinyal yang ada :
1. Sinyal waktu kontinyu, yaitu terdefinisi pada setiap waktu 2. Sinyal waktu diskrit, yaitu terdefinisi pada waktu-waktu tertentu
3. Sinyal analog, yaitu sinyal waktu kontinyu dengan amplitudo yang kontinyu 4. Sinyal digital, yaitu sinyal waktu diskrit dengan amplitudo bernilai diskrit
Gelombang suara adalah gelombang yang dihasilkan dari sebuah benda yang bergetar.
Gelombang suara ini memiliki lembah dan bukit, satu buah lembah dan bukit akan menghasilkan satu siklus atau periode. Siklus ini berlangsung berulang-ulang, yang membawa pada konsep frekuensi.Karena pada dasarnya sinyal suara adalah sinyal yang dapat diterima oleh telinga manusia. Angka 20 Hz sebagai frekuensi suara terendah yang dapat didengar, sedangkan 20 KHz merupakan frekuensi tertinggi yang dapat didengar.
Panjang gelombang merupakan jarak antara titik gelombang dan titik ekuivalen pada fasa berikutnya. Amplitudo merupakan kekuatan atau daya
gelombang sinyal. Gelombang yang lebih tinggi diinterpretasikan sebagai gelombang yang lebih tinggi, sehingga dinamakan amplifier untuk perangkat yang berfungsi untuk menambah amplitudo. Frekuensi merupakan jumlah getaran dalam waktu satu detik. Diukur dalam Hertz atau siklus per detik. Getaran gelombang suara semakin cepat, maka frekuensi semakin tinggi. Frekuensi lebih tinggi diinterpretasikan sebagai jalur yang lebih tinggi. (Tri Budi Santoso.2012)
2.5 Bahasa Pemrograman
2.5.1 Bahasa Pemrograman Bahasa MATLAB
MATLAB adalah perangkat lunak yang memungkinkan untuk melakukan matematika dan komputasi,menganalisis data, mengembangkan algoritma, melakukan simulasi dan pemodelan,dan menghasilkan tampilan grafis dan antar- muka pengguna grafis. MATLAB dapat mengirim data ke speaker sebuah komputer, sehinggga dapat dengan mudah secara visual memanipulasi data, dan mendengarkan pada saat yang sama. Sebuah digital rekaman suara yang menarik memuat data dan lakukan plot. Sinyal seperti data suara sering terdiri dari data waktu dengan kandungan frekuensi waktu yang berbeda-beda memungkinkan untuk menganalisis frekuensi sampling yang dihasilkan. (andrew knight.1961) Sebagai sebuah sistem, MATLAB tersusun dari 5 bagian utama:
a. Development Environment merupakan sekumpulan perangkat dan fasilitas yang membantu untuk menggunakan fungsi-fungsi dan file-file MATLAB.
Beberapa perangkat ini merupakan sebuah graphical user interfaces (GUI).
b. Matlab Mathematical Function Library merupakan sekumpulan algoritma komputasi mulai dari fungsi-fungsi dasar seperti: sum, sin, cos, dan complex arithmetic, sampai dengan fungsi-fungsiyang lebih kompek seperti matrix inverse, matrix eigenvalues, Bessel functions, dan Fast Fourier Transforms.
c. Matlab Language merupakan suatu high-level matrix/array language dengan control flow statements, functions, data structures, input/output, dan fitur-fitur object-oriented programming.
d. Graphics m erupakan fasilitas untuk menampilkan vektor dan matrik sebagai suatu grafik.
e. Matlab Application Program Interface(API) merupakan suatu library yang memungkinkan program yang telah anda tulis dalam bahasa C dan Fortranmampu berinterakasi dengan Matlab
Setiap fungsi mempunyai ruang kerjanya sendiri yang berbeda dengan ruang kerja MATLAB. Satu-satunya hubungan antara ruang kerja MATLAB dengan variable-variabel dalam fungsi adalah variabel-variabel input dan dan output fungsi.
Jika suatu fungsi mengubah nilai dalam suatu variabel input, perubahan itu hanya tampak dalam fungsi dan tidak mempengaruhi variable yang ada dalam ruang kerja MATLAB. Variabel yang dibuat oleh suatu fungsi tinggal hanya dalam ruang kerja fungsi. Jumlah dari argumen input dan output yang digunakan jika suatu fungsi dipanggil hanya ada dalam fungsi tersebut. Di dalam M-File, kita dapat menyimpan semua perintah dan menjalankan dengan menekan tombol atau mengetikan nama M- File yang kita buat pada command window
2.5.2 M File
Di dalam MATLAB, kita dapat menyimpan semua script yang akan digunakan dalam file pada MATLAB dengan ekstensi M-File dapat dipanggil dengan memilih menu file->new->M-File. Fungsi M-file harus mengikuti beberapa aturan dan sejumlah sifat penting. Aturan-aturan dan sifat-sifat tersebut meliputi nama fungsi dan nama file harus identik misalnya anda membuat fungsi dengan nama pangkat maka anda memberi nama M-file anda pangkat juga. Baris komentar sampai dengan baris bukan komentar yang pertama adalah teks help yang ditampilkan jika anda meminta help dari fungsi yang anda buat.
Setiap fungsi mempunyai ruang kerjanya sendiri yang berbeda dengan ruang kerja MATLAB. Satu-satunya hubungan antara ruang kerja MATLAB dengan variable-variabel dalam fungsi adalah variabel-variabel input dan dan output fungsi.
Jika suatu fungsi mengubah nilai dalam suatu variabel input, perubahan itu hanya tampak dalam fungsi dan tidak mempengaruhi variable yang ada dalam ruang kerja MATLAB. Variabel yang dibuat oleh suatu fungsi tinggal hanya dalam ruang kerja fungsi. Jumlah dari argumen input dan output yang digunakan jika suatu fungsi dipanggil hanya ada dalam fungsi tersebut. Fungsi ruang kerja memuat jumlah argument input. Fungsi kerja nargout memuat jumlah argument output. Dalam praktek, variabel-variabel nargout dan nargin biasanya digunakan untuk mengeset
variabel input standar dan menentukan variable output yang diperlukan user. (The Math Works inc, 1989)
2.6 Pelarut organik 2.6.1 Metanol
Metanol adalah senyawa Alkohol dengan 1 rantai Karbon. Rumus Kimia CH3OH, dengan berat molekul 32. Titik didih 640-650 C (tergantung kemurnian), dan berat jenis 0,7920-0,7930 (juga tergantung kemurnian). Secara fisik Metanol merupakan cairan bening, berbau seperti alkohol, dapat bercampur dengan air, etanol, chloroform dalam perbandingan berapapun, hygroskopis, mudah menguap dan mudah terbakar dengan api yang berwarna biru (kalau siang tidak kelihatan).
Metanol lebih racun dari pada alkohol (Etanol) dan dalam jumlah sedikitpun dapat mengakibatkan buta hingga kematian. Memang dalam perdagangan umum, metanol sering di beri warna (biru) akibat di beri tambahan senyawa cupri sulphate untuk membedakan metanol teknis dengan alkohol dan dijual dengan nama spiritus.
Metanol merupakan cairan polar yang dapat bercampur dengan air, alkohol – alkohol lain, ester, keton, eter, dan sebagian besar pelarut organik. Metanol sedikit larut dalam lemak dan minyak. Secara fisika metanol mempunyai afinitas khusus terhadap karbon dioksida dan hidrogen sulfida. Titik didih metanol berada pada 64,7oC dengan panas pembentukan (cairan) –239,03 kJ/mol pada suhu 25 oC.
Metanol mempunyai panas fusi 103 J/g dan panas pembakaran pada 25 oC sebesar 22,662 J/g. Tegangan permukaan metanol adalah 22,1 dyne/cm sedangkan panas jenis uapnya pada 25 oC sebesar 1,370 J/(gK) dan panas jenis cairannya pada suhu yang sama adalah 2,533 J/(gK). ( Spencer, 1988) Metanol juga merupakan produk samping dari destilasi kayu. Saat ini metanol dihasilkan melalui proses multi tahap.
Secara singkat gas alam dan uap air dibakar dalam tungku untuk membentuk gas hidrogen dan karbon monoksida, kemudian gas hidrogen dan karbon monoksida ini bereaksi dalam tekanan tinggi dengan bantuan katalis untuk menghasilkan metanol.
Tahap pembentukannya adalah endotermik dan tahap sintesisnya adalah eksotermik.
(Engler,2001) 2.6.2 Etanol
Etanol atau sering juga disebut dengan alkohol adalah suatu cairan transparan, mudah terbakar, tidak berwarna, mudah menguap, dengan rumus kimia C2H5OH,
dapat bercampur dengan air, eter, dan kloroform, yang diperoleh melalui fermentasi karbohidrat dari ragi yang disebut juga dengan etil alcohol. (Bender, 1982)
Etanol atau etil alkohol (C2H5OH) termasuk kelompok hidroksil yang memberikan polaritas pada molekul dan mengakibatkan meningkatnya ikatan hidrogen intermolekuler. Etanol memiliki massa jenis 0.7893 g/mL. Titik didih etanol pada tekanan atmosfer adalah 78.32 °C. Indeks bias dan viskositas pada temperatur 20°C adalah 1.36143 dan 1.17 cP. (Kirk and Othmer, 1965) Etanol digunakan pada berbagai produk meliputi campuran bahan bakar, produk minuman, penambah rasa, industri farmasi, dan bahan-bahan kimia.
Etanol merupakan salah satu sumber energi alternatif yang dapat dijadikan sebagai energi alternatif dari bahan bakar nabati (BBN). Etanol mempunyai beberapa kelebihan dari pada bahan bakar lain seperti premium antara lain sifat etanol yang dapat diperbaharui, menghasilkan gas buangan yang ramah lingkungan karena gas CO2 yang dihasilkan rendah (Jeon, 2007). Etanol dapat dijadikan sebagai bahan bakar, namun harus etanol dengan kadar kemurnian yang tinggi atau terbebas oleh air. Adapun cara pemurnian etanol dapat dilakukan dengan destilasi tetapi kemurniannya hanya sampai 96% karena adanya peristiwa azeotrop antara campuran etanol dan air. Untuk dapat memperoleh etanol dengan kadar yang tinggi maka dilakukan suatu cara yaitu absorbsi fisik atau molecular sieve. Dalam penggunaan etanol sebagai bahan bakar, tidak dapat langsung digunakan pada kendaraan bermotor, namun etanol harus ditambahkan dengan bensin. Sebagai contoh sebanyak 10% etanol dari 1 liter bensin dapat digunakan sebagai bahan bakar (disebut E10).
Namun haruslah berhati-hati dalam penggunaan bahan bakar ini, karena etanol yang digunakan harus benar-benar bebas dari air, dikarenakan ketersediaan air dapat menyebabkan kerusakan dan korosi pada mesin.
Etanol merupakan hasil fermentasi yang memiliki masalah pada proses fermentasi itu sendiri yakni timbulnya etanol dapat berakibat rusaknya struktur membran plasma mikroba serta terjadinya denaturasi protein penyusun dari sel tersebut. Adanya ketersediaan etanol di dalam media fermentasi dapat menjadi penghambat pertumbuhan mikroba penghasil etanol. (Supriyanto, 2010)
2.6.3 Toluena (Toluene)
Toluene (C6H5CH3) merupakan bahan kimia yang disebut juga Toluol ataum Methyl benzene. Toluene adalah senyawa hidrokarbon aromatik yang tidak berwarna. Karakteristik spesifik lainnya dari senyawa ini diantaranya adalah mudah terbakar, mudah terurai, sedikit larut dalam air, beraroma manis dan tajam dan memiliki tekanan uap 28.4 mm Hg pada suhu 25 °C. Pekerja yang menggunakan toluene sebagai pelarut pada umumnya dapat mengakibatkan gangguan kesehatan seperti pusing, vertigo, iritasi pada mata, iritasi pada kulit, gangguan pernafasan, gangguan hepar, gangguan ginjal serta gangguan susunan syaraf pusat (SSP).
Toluene masuk ke dalam tubuh manusia melalui inhalasi, ingesti, dan kontak kulit.
Sebagai senyawa yang mudah menguap, paparan inhalasi toluene adalah jalur paparan yang paling penting untuk diperhatikan. Selain itu, paparan toluene lebih mudah terdeposit dan terakumulasi dalam organ-organ penting manusia seperti otak, hati, paruparu, ginjal, dan organ lainnya. Toluene yang masuk ke dalam tubuh, kemudian mengalami metabolisme menjadi asam benzoat, lalu berkonjugasi dengan glisin dalam hati membentuk asam hipurat yang akan diekskresikan dalam urin.
Kurang dari 1% lainnya diekskresikan dalam urin sebagai o-kresol dan toluene utuh.
(Registry.2000)
Toluene merupakan bahan yang paling dominan pada spray painting di industri karoseri. Ketika cat disemprotkan, pekerja akan terpapar bukan hanya oleh uapnya, akan tetapi juga dari mist, yaitu kumpulan partikel halus berupa cairan.
Bentuk tersebut akan sangat mudah terhisap oleh pekerja atau masuk ke dalam kulit, terutama jika tidakvmengenakan masker dan pakaian kerja yang tepat.
(Habibie.2105) Toluene memiliki rumus molekul C7Hg dan merupakan suatu solvent yang tidak berwarna. Properties dari toluene dapat dilihat pada table Lt.
2.6.4 Xylene
Xylene atau dimetilbenzene ini merupakan hidrokarbon aromatik yang secara luas digunakan dalam industri dan teknologi medis sebagai pelarut. Xylene adalah zat yang menimbulkan bau khas pada spidol. Xylene dapat masuk ke dalam tubuh manusia melalui beberapa jalur, seperti mulut, kulit, maupun pernafasan. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, pemanfaatan ampas kopi dapat menjadi solusi
alternatif. ( pratama.2010) Xylene berfungsi sebagai pelarut yang memiliki sifat non polar selain itu xylene memiliki kekuatan pelarutan yang baik dan laju penguapan yang rendah. Xylene atau dimetilbenzena, disebut juga xylol adalah turunan benzene dengan rumus molekul C6H4(CH3)2. Berat molekulnya 106,17 gram/mol dengan komposisi karbon 90,5% dan hidrogen 9,5%. Ada tiga isomernya, yaitu ortho- xylene, metaxylene dan para-xylene. Nama tersebut bergantung pada lokasi atom karbon pada cincin benzene yang diikat oleh dua metil. Cairan ini tidak berwarna, dibuat dari minyak bumi atau aspal cair, sifatnya mudah terbakar, dan sering digunakan sebagai pelarut (Jacobson, G dan McLean, S., 2003)
2.6.5 Ethylene Glycol
Etilen glikol merupakan cairan jenuh, tidak berwarna, tidak berbau, berasa manis dan larut sempurna dalam air. Etilen glikol sebagian besar digunakan sebagai bahan baku industri poliester yang merupakan bahan baku industri tekstil dan plastik.
(Kusumadewi, 2011) peningkatan konsentrasi etilen glikol pada suhu yang ekstrim dapat menghindarkan terjadinya kristal es intraseluler, sehingga mengurangi kerusakan yang terjadi akibat proses vitrifikasi. (Mohammad dkk, 2005) Faktor yang menentukan keberhasilan kriopreservasi bergantung pada teknik yang diterapkan yakni pada teknik pembekuan cepat. Untuk teknik pratumbuh, keberhasilan ditentukan oleh jenis dan komposisi krioprotektan dalam media tumbuh. Untuk teknik vitrifikasi, enkapsulasi-vitrivikasi and droplet freezing, keberhasilan ditentukan oleh jenis, konsentrasi dan lama perendaman dalam krioprotektan. Etilen glikol efektif digunakan sebagai krioprotektan untuk kriopreservasi embrio dan diaplikasikan pula pada kriopreservasi oosit. Berat molekul etilen glikol yang rendah (62,07) memberikan efek yang menguntungkan berupa permeabilitas yang lebih tinggi . Kelebihan etilen glikol sebagai krioprotektan adalah karena toksisitasnya yang rendah. (Gordon, 1994)
2.6.6 minyak goreng
Minyak merupakan zat makanan yang penting untuk menjaga kesehatan tubuh manusia. Selain itu minyak juga merupakan sumber energi yang lebih efektif dibandingkan karbohidrat dan protein. Satu gram minyak dapat menghasilkan 9 kkal, sedangkan karbohidrat dan protein hanya menghasilkan 4 kkal/gram. Minyak, khususnya minyak nabati, mengandung asam-asam lemak esensial seperti asam
linoleat, lenolenat, dan arakidonat yang dapat mencegah penyempitan pembuluh darah akibat penumpukan kolesterol. Minyak juga berfungsi sebagai sumber dan pelarut bagi vitamin-vitamin A, D, E dan K. (Sutiah, 2008) Parameter kualitas minyak meliputi sifat fisik dan sifat kimia. Sifat fisik minyak meliputi warna, bau, kelarutan, titik cair dan polimorphism, titik didih, titik pelunakan, slipping point, shot melting point; bobot jenis, viskositas, indeks bias, titik kekeruhan (turbidity point), titik asap, titik nyala dan titik api. Parameter yang digunakan dalam penelitian ini yaitu berdasarkan sifat fisik minyak yaitu viskositas dan indeks bias.
Standar mutu adalah merupakan hal yang penting untuk menentukan minyak yang bermutu baik. Ada beberapa faktor yang menentukan standar mutu yaitu : kandungan air dan kotoran dalam minyak, kandungan asam lemak bebas, warna, dan bilangan peroksida.
Faktor lain yang mempengaruhi standar mutu adalah titik cair dan kandungan gliserida, kejernihan kandungan logam berat, dan bilangan penyabunan. Mutu minyak kelapa sawit yang baik mempunyai kadar air kurang dari 0,1% dan kadar kotoran lebih kecil dari 0,01 %, kandungan asam lemak bebas serendah mungkin (kurang lebih 2 % atau kurang), bilangan peroksida dibawah 2, bebas dari warna merah dan kuning (harus berwarna pucat) tidak berwarna hijau, jernih, dan kandungan logam berat serendah mungkin atau bebas dari ion logam (Sutiah, 2008).
Minyak goreng merupakan salah satu contoh dari fluida zat cair dan turunan ester dari gliserol serta asam lemak. (warsito, 2013)
BAB 3
BAHAN DAN METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Pelaksanaan penelitian dilakukan pada tanggal 05 Februari – 07 Mei 2018, bertempat di Pusat Penelitian Fisika Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (P2F LIPI) yang beralamat di Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan, Banten.
3.2 Metode Penelitian 3.2.1 Diagram Alir
Berikut disajikan diagram alir (flow chart) guna mempermudah proses-proses yang disampaikan pada proses pengambilan data dan pada proses pengolahan data.
3.3 Alat dan Bahan Penelitian 3.3.1 Laser Nd:YAG
Merupakan sumber energi pada penelitian ini dengan panjang gelombang yang digunakan yaitu 532 nm. Frekuensi pulsa laser yang digunakan yaitu 10 Hz selama 1000 detik. Pengambilan data dilakukan dengan pengulangan sebanyak tiga kali.
Mulai
Laser dinyalakan
Laser diatur pada mode automatis dengan penembakan 1000 pulsa dan
jeda 50 pulsa
Sampel ; toluene,, methanol, ethanol, ethylene glycol, xylene, minyak goreng
Pengambilan data dengan tiga kali pengulangan
Hasil pengambilan data berupa file rekaman suara
Pengolahan data menggunakan MATLAB
Selesai
Pengaturan sistem optik LIBD akustik
Sampel ; air keran, air filter air filter, air keran
air keran
3.3.2 Energy Meter
Digunakan energy meter untuk mengetahui seberapa besar energi output laser yang akan diterima oleh sampel. Energy meter terdiri dari monitor dan tangkai dengan kepala yang berbentuk seperti lup yang sensitif terhadap cahaya. Energy meter diletakkan dibawah lensa pemfokus dan tepat diatas sampel. Rentang nilai dari energy meter yaitu 0 mJ – 30 J.
3.3.3 Stage
Berfungsi sebagai tempat diletakkan nya sampel pada penelitian. Pada stage terdapat lengan pemantul dan lengan pemfokus yang berfungsi sebagai tempat diletakkan nya cermin pemantul dan lensa pemfokus. Stage ini juga bisa diatur ketinggian nya dengan cara memutar tuas searah jarum jam untuk menaikkan stage dan berlawanan jarum jam untuk menurunkan stage.
3.3.4 Lensa pemfokus
Digunakan lensa biconvex sebagai lensa pemfokus pada penelitian ini. Lensa pemfokus berfungsi untuk memfokuskan cahaya menuju satu titik pada sampel.
Lensa pemfokus diletakk.an 15 cm di atas stage untuk mendapatkan daerah optimal breakdown.
3.3.5 Cuvette
Merupakan cawan yang digunakan pada saat pengujian UV-VIS. Cawan ini terbuat dari plastik dengan dua sisi nya buram dan dua sisi lainnya bersih dengan volume 3.5 mL. Sisi buram tersebut digunakan sebagai sisi yang bebas disentuh, sementara dua sisi bersih nya merupakan jalur lewatnya cahaya.
3.3.6 Botol sampel
Digunakan empat buah botol sampel yang masing-masing bervolume 10 mL.
Keempat botol sampel tersebut diisi dengan sampel air filter dan larutan pewarna tekstil merah, ungu dan biru. Botol sampel ini terbuat dari pyrex glass.
3.3.7 Handphone
Digunakan sebagai alat perekam suara. Dimana data suara tersebuat yang akan diolah dalam metode matlab.
3.3.8 Mikrofon
Merupakan alat yang digunakan sebagai media perekam suara yang ada pada saat breakdown terjadi. Mikrofon yang digunakan berupa mikrofon yang terdapat pada headset. Mikrofon ini dilekatkan pada sampel yang kemudian dihubungkan dengan handphone agar mampu merekam suara sepenuhnya.
3.3.9 Kaca mata anti radiasi
Kaca mata ini digunakan guna untuk melindungi mata dari sinar laser pada saat energy tinggi. Dalam hal ini juga dapat membantu guna melihat terjadinya breakdown pada kuvet dengan energy tinggi.
3.3.10 Laptop
Digunakan dalam pada saat pengolahan data. Dimana data yang telah direkam pada handphone akan segera diolah pada matlab.
3.3.11 Pengujian Sampel yang Digunakan
Dalam penelitian ini ada beberapa sampel yang digunakan dalam eksperimen LIBD sebagai berikut ini ;
SAMPEL NON FILTER VOLUME
Air filter 3 ml
Air keran 3 ml
Toluena (toluene) 3 ml
Xilena (xylene) 3 ml
Ethylene glycol 3 ml
Metanol (methanol) 3 ml
Etanol (ethanol) 3 ml
Minyak goreng (oil) 3 ml
Tabel 3.1 Pengukuran Sampel dengan volume
Dari tabel 3.1 diatas dapat dijelaskan tahapan pengukuran yang dilakukan pada eksperimen : Bahwa setiap masing masing sampel di ukur sebanyak 3 ml pada kuvet.
3.4 Set Up Laser Induced Breakdown Detection (LIBD)
Eksperimen dilakukan dengan mengambil data suara yang dihasilkan dalam pengujian LIBD dan menyimpannya. LIBD adalah suatu metode yang sangat sensitif
untuk mendeteksi nano partikel (koloid). Metode ini didasarkan pada pembangkitan plasma dan gelombang kejut (shockwave) akibat interaksi sinar laser dan materi
sampel, yang ditandai dengan emisi cahaya dan suara breakdown. Set up alat dilakukan untuk mempermudah dalam memfokuskan laser pada sampel agar
mendapatkan suara dari proses breakdown.
Gambar 3.1 Representasi skematik Set-Up LIBD
Sinar laser yang digunakan dalam penelitian ini memiliki panjang gelombang 532 nm dan frekuensi 10 Hz. Laser tersebut akan memberikan energi yang berbeda dengan mengkalibrasikan nilai Q-Swicth delay pada control system. Control System berfungsi untuk mengatur nilai energi pulsa laser yang akan ditembakkan. Energi yang diberikan pada sampel dengan variasi mulai dari 0.3 mj sampai dengan 5.0 mj.
Pemancaran sinar laser akan difokuskan pada sampel dengan menggunakan lensa pemfokus.
Energi yang dipancarkan pada sampel akan menghasilkan bunyi atau suara yang disebut breakdown. Atom mengalami ionisasi pada proses multiphoton ionisasi menghasilkan elektron bebas selanjutnya mengalami percepatan akibat inverse brems strahlung dalam medan listrik pulsa laser. Setelah mendapatkan cukup energi, atom-atom lainpun mengalami ionisasi dan jumlah elektron yang terlepas menjadi berlipat ganda. Hal ini terjadi berulang-ulang dan mengakibatkan
Sumber Laser
Lensa pemfokus
Perekam
Balok Pembuangan Sampel
Michrophe
peningkatan densitas pembawa muatan bebas, sehingga timbul plasma (Jea II Kim.2008).
Pada proses terjadinya plasma dengan suhu tinggi dan tekanan yang luas terjadi gelombang kejut pada bahan material. Dengan menggunakan gelombang kejut yang disebabkan oleh ekspansi plasma thermal dengan menimbulkan suara yang kuat dalam waktu yang cepat dan bahkan terdengar oleh telinga manusia.
(Sobral, H,dkk. 2000; Wagner. 2003). Oleh karena itu gelombang suara / akustik (audible) ini memiliki informasi mengenai breakdown.
Penentuan ukuran partikel koloid tergantung pada probability breakdown yang ditimbulkan akibat energi laser yang diberikan. Energi maximum yang diberikan untuk menimbulkan breakdown tergantung pada besarnya partikel.
Dengan meningkatnya energi menyebabkan probability breakdown besar yang dapat memberikan informasi ukuran partikel setelah membandingkan dengan koloid standart (bundschuh et al.2005). Semakin besar ukuran partikel, maka semakin rendah nilai breakdown threshold energy, dan sebaliknya
3.5 Diagram Perangkat Lunak Pengolahan Suara LIBD
Adapun diagram proses pengolahan suara LIBD menggunakan software matlab sebagai berikut:
Mulai
Membaca sumber suara
Threshold intensitas suara
plot
Hitung breakdown
Gambar 3.2 Diagram blok perangkat lunak pengolahan suara LIBD
3.6 Pengambilan Data LIBD.
Pada pengambilan data, hal pertama yang harus dipersiapkan yaitu sampel yang telah dipersiapkan. Selanjutnya proses pengambilan data dimulai dengan mempersiapkan alat-alat yang digunakan. Adapun alat-alat yang harus dipersiapkan dahulu yaitu laser Nd:YAG dan set up LIBD. Laser Nd:YAG dihidupkan terlebih dahulu, lalu flashlamp dinyalakan beberapa menit kemudian. Pengambilan data dilakukan dengan menggunakan panjang gelombang 532 nm. Dilakukan pengukuran energi yang akan diterima oleh sampel menggunakan energy meter. Laser diatur pada mode automatis dengan pengaturan 1000 pulsa dengan jeda 50 pulsa sebanyak tiga kali pengulangan. Perekaman breakdown dilakukan dengan menempelkan mikrofon pada kuvet sampel serta menghubungkan mikrofon dengan alat perekam.
Rekaman suara disimpan dalam format amr. Selanjutnya dilakukan proses pengolahan data.
3.7 Sistem Pengolahan Data
Suara input yang merupakan suara yang dihasilkan Laser Induced Breakdown Detection (LIBD) diolah pada MATLAB. Pengolahan data menggunakan komputer untuk simulasi. Pengolahan data Laser Induced Breakdown Detection (LIBD) dilakukan dengan menggunakan software MATLAB R2010a.
Data yang telah didapatkan sebelumnya akan diolah menggunakan software MATLAB dengan interface pada gambar 3.2 sebagai berikut :
Hitung probability breakdown
Selesai
Gambar 3.3 .Interface yang digunakan untuk pengolahan data
Pada interface tersebut terdapat beberapa kotak dengan perintah-perintah yang sesuai. Pengolahan data dimulai dengan pemilihan data yang berupa audio dengan mengklik kotak ‘Browse’ untuk menginput data. Setelah itu akan muncul interface pada gambar 3.3 berikut ini
Gambar 3.4 Penginputan data audio
Setelah data dimasukkan, berikutnya dilakukan penetapan nilai-nilai yang digunakan untuk mengolah data suara menjadi cacah digital seperti pada besar energi laser yang digunakan, urutan pengukuran, frekuensi laser yang digunakan, jumlah pulsa laser serta waktu mulai dan waktu selesai pengambilan data dengan
threshold Selanjutnya sinyal digital suara di Threshold digunakan untuk menentukan nilai ambang sinyal dan dihitung puncak – puncak gelombang yang dihasilkan dari suara Breakdown yang dihasilkan.
Berdasarkan penelitian (Kurniawan.A,2002) Thresholding berarti melewatkan koefisien tersebut ke suatu ambang batas yang telah ditentukan, sehingga koefisien yang tidak sesuai ambang tersebut tidak terpakai. Nilai threshold sangat bergantung pada eksperimen karena untuk membersihkan noise dan mendapatkan rata – rata noise untuk memudahkan menghitung jumlah gelombang.
Noise dapat terjadi akibat terekamnya suara dari luar akibat perekeman suara yang terlalu lama.
. Selanjutnya klik ‘Apply’ dan akan didapatkan tampilan seperti pada gambar 3.4 berikut
Gambar 3.5 Penentuan ambang batas
Selanjutnya dilakukan pemilihan nilai rentang frekuensi suara untuk analisa frekuensi. Nilai rentang frekuensi nya sebesar 0 Hz sampai dengan 22.000 Hz.
Calculate breakdown sehingga menghasilkan nilai yang didapat pada pengolahan data sampel tersebut. Sehingga didapatkan tampilan seperti pada gambar 3.5 berikut ini
Gambar 3.6 Penentuan jumlah breakdown dan analisa frekuensi suara Proses pengolahan data selesai pada tahap ini. Data yang didapatkan akan disimpan dalam format .txt yang nantinya akan dibuka melalui Microsoft Excel.
Data yang telah berhasil dibuka tadi akan dibentuk grafik data yang bersesuaian.
3.8 Menghitung Jumlah Breakdown Pada Sampel
Perhitungan jumlah Breakdown pada proses Laser Induced Breakdown Detection (LIBD) dilakukan pada proses pengolahan data. Sinyal suara breakdown yang telah direkam dimasukkan sebanyak 3 kali dan nilai breakdown akan ditampilkan pada jendela MATLAB dimana nilai jumlah breakdown dari masing – masing sampel dari energi yang berbeda akan dihitung rata-ratanya. Kemudian di konversi ke probabilitas breakdown dengan menggunakan rumus;
n ditembakka yang
laser pulsa jumlah
breakdown jumlah
breakdown as
Probabilit
Perhitungan probabilitas breakdown dilakukan pada semua sampel yang digunakan dengan tembakan energi dari yang terkecil hingga yang terbesar.
![Gambar 2.1 laser Nd-YAG [www.lambdaphoto.co.uk]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/3528569.3854839/24.893.321.648.174.321/gambar-laser-nd-yag-www-lambdaphoto-co-uk.webp)
