Perancangan Sistem Pengukuran Konsentrasi
Larutan Menggunakan Metode Difraksi
Oleh :
Lusiana Weny Setyarini
2408100005
Dosen Pembimbing :
Ir. Heru Setijono, M.Sc
19490120 197612 1 001
Agus Muhammad Hatta, ST, M.Si, PhD 19780902 200312 1 002
Jurusan Teknik Fisika
Fakultas Teknologi Industri
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
Seminar Tugas Akhir
Latar Belakang
Chemical analysis (konsentrasi alkohol, kadar glukosa) yang
mulai dikembangkan
Metode yang banyak dikenal adalah spektroskopi
Metode yang mulai dikembangkan adalah dengan difraksi
Seminar Tugas Akhir
Pengukuran konsentrasi larutan gula menggunakan
kisi difraksi
Bagaimana merancang sebuah sistem fotonik dengan
prinsip difraksi untuk mengetahui konsentrasi suatu
larutan.
Bagaimana pengaruh sistem tersebut jika diberikan
berbagai jenis larutan.
Tujuan pengerjaan penelitian Tugas Akhir ini adalah agar dapat
mengetahui konsentrasi suatu larutan menggunakan prinsip
difraksi dan juga dapat mengetahui pengaruhnya terhadap
berbagai jenis larutan.
Permasalahan
Tujuan
Larutan yang digunakan adalah larutan gula dengan
konsentrasi 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%
Jenis kisi difraksi yang digunakan adalah jenis reflection
dengan kerapatan 100 lines/mm
Laser yang digunakan adalah Laser He-Ne dengan panjang
gelombang 632,8 nm
Batasan Masalah
Tinjauan Pustaka
Seminar Tugas Akhir
1) Penelitian Boonsong Sutapun dan Massood Tabib-Azar (2000)
Menentukan indeks bias larutan (air, metanol, aseton)
Kisi difraksi, serat optik
2) Penelitian N. L. Dmitruk, N. L. Dmitruk, O. I. Mayeva, S. V. Mamykin, O. B.
Yastrubchak, dan M. Klopfleisch (2001)
Menentukan kadar alkohol
Multilayer diffraction grating
3) Penelitian T. Tamulevicˇius, R. Sˇeperys, M. Andrulevicˇius, dan S.
Tamulevicˇius (2011)
Menentukan indeks bias larutan
Metode GLRS (Grating Light Reflection Spectroscopy)
4) Penelitian Gang Ye, Xiaogong Wang (2010)
Menentukan kadar glukosa
Kisi difraksi berbahan hidrogel
Teori Penunjang
DIFRAKSI
Pembelokan gelombang saat melewati suatu objek berupa rintangan ataupun
celah.
Cahaya yang melewati celah, sebagian akan diteruskan, sebagian lagi akan
dibelokkan.
Pola difraksi berupa pola gelap-terang.
CELAH
LAYAR
(pola gelap terang)
θ
x
Transmission
KISI DIFRAKSI
Kumpulan dari elemen reflecting (pantulan) atau transmitting (terusan) yang
dipisahkan oleh jarak yang sebanding dengan panjang gelombang dari cahaya yang
dikenakan.
Reflection grating : kisi yang dikenai pada permukaan yang memantulkan
cahaya.
Transmission grating : terdiri dari kisi yang dikenai pada permukaan yang
transparan (meneruskan cahaya).
SKEMA DIFRAKSI PANTULAN
PERSAMAAN DIFRAKSI
PENETUAN ORDE
KADAR ZAT DALAM LARUTAN
Persen Massa (% massa)
Persen massa menyatakan bagian massa zat terlarut dalam 100 bagian
massa campuran (pelarut + zat terlarut)
Persen Volume (% volume)
Persen volume menyatakan bagian volume zat terlarut dalam 100
bagian volume campuran (pelarut + zat terlarut)
Mulai
Identifikasi permasalahan
Menentukan persamaan
matematis
Pengambilan data sudut
difraksi untuk berbagai larutan
Identifikasi
komponen-komponen yang diperlukan
Perancangan sistem
pengukuran konsentrasi
larutan dengan kisi difraksi
Pengujian sistem dengan
variasi konsentrasi larutan
yang berbeda
Tujuan
tercapai
?
Analisa data dan
pembahasan
Penyusunan laporan dan
presentasi
Selesai
YA
TIDAK
Metodologi
Penelitian
Alat & Bahan
Set up sistem
cermin datar
kisi
difraksi
layar
laser He-Ne
Skema sistem
Keterangan :
He-Ne = Laser He-Ne H = Hole G = Grating MD = Micro displacement L = Layar S = Sample Att = Attenuator = Sudut datang
= Sudut difraksi pada orde m = -3
= Sudut difraksi pada orde m = -2
= Sudut difraksi pada orde m = -1 G A B C D E i θ
θ
Cθ
Bθ
A L MD G He-Ne ) , , (y θ ϕ P H S Attθ
D F A’ B’ C’ D’Hasil Pengukuran Sudut Difraksi
SUDUT
DATANG
Seminar Tugas Akhir
SUDUT
y = -0.102x + 58.81 R² = 0.860 53.554 54.555 55.556 56.557 57.558 58.5 0 10 20 30 40 50 60 Su du t D ifr aks i, Ø (° ) Konsentrasi, C (%)
Grafik sudut difraksi fungsi konsentrasi pada orde -1 m = -1 Linear (m = -1)
Orde m = -1
y = -0.139x + 66.93 R² = 0.848 59 60 61 62 63 64 65 66 67 0 10 20 30 40 50 60 Su du t D ifr ak si, Ø (° ) Konsentrasi, C (%)Grafik sudut difraksi fungsi konsentrasi pada orde -2 m = -2 Linear (m = -2)
Orde m = -2
y = -0.209x + 78.54 R² = 0.838 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 0 10 20 30 40 50 60 Su du t D ifr ak si, Ø (° ) Konsentrasi, C (%)Grafik sudut difraksi fungsi konsentrasi pada orde -3
m = -3
Linear (m = -3)
Persamaan Matematis
Orde m = -1
Orde m = -2
Orde m = -3
Seminar Tugas Akhir
Ø = sudut difraksi
Validitas Sistem
Dilakukan pengambilan sudut difraksi pada larutan A
(konsentrasi 14%) dan larutan B (konsentrasi 18%)
Sudut difraksi yang diperoleh dimasukkan ke persamaan
matematis sesuai orde difraksi
Diperoleh nilai akurasi pada orde difraksi m = -2 dengan error
sebesar 3,3% untuk larutan A dan 6,6% untuk larutan B
Kesimpulan
Seminar Tugas Akhir
Metode difraksi dapat dilakukan untuk mengukur konsentrasi larutan
dengan memanfaatkan hubungan antara indeks bias dan sudut difraksi.
Indeks bias sendiri berbanding lurus dengan konsentrasi larutan.
Karakteristik dari sistem adalah linier dengan linieritas 0,86 untuk orde
m = -1; 0,848 untuk orde m = -2, dan 0,838 untuk orde m = -3
Pengukuran konsentrasi larutan dengan akurasi paling tinggi terletak pada
orde m = -2 karena memiliki error yang paling kecil setelah dilakukan
pengujian kembali, yaitu 3,3%
Range pengukuran konsentrasi adalah pada konsentrasi 10% sampai
dengan 50%
Resolusi dari sistem adalah 0,102% pada perubahan 1° sudut difraksi untuk
orde m = -1; 0,139% pada perubahan 1° sudut difraksi untuk orde m = -2; dan
0,209% pada perubahan 1° sudut difraksi untuk orde m = -3.
Saran
Seminar Tugas Akhir
Setting alat sebaiknya dikondisikan tetap saat pengambilan data
Daftar Pustaka
1. Amri, F. K. 2011. Pengukuran Kadar Gula dengan Indeks Bias Menggunakan Refraktometer. <URL:http://genting bocor.wordpress.com /2011/04/03/laporan-pengukuruan-kadar-gula-dengan-indeks-bias-menggunakan refraktomet er/>
2. Bass, M. 1995. Handbook of Optics Volume I Fundamental, Techniques, and Design. New York : McGraw-Hill Inc
3. Keiser, G. 1991. Optical Fiber Communication (Second Edition). Singapore : McGraw-Hill Inc 4. Palmer, C. 2005. Diffraction Grating Handbook Sixth Edition. New York : Newport Corporation 5. Pikatan, S. Januari 1991. “Laser”. Kristal 4:1-11
6. Ratnawati, C. D., 2007. Reflektansi dan Transmitansi Cahaya pada Larutan Gula dan Larutan Garam. Semarang : Jurusan Fisika Universitas Diponegoro
7. Sainov, S., 1994. “Optical Sensor Based on Total Internal Reflection Diffraction Grating”. Sensor and
Actuators A 45: 1-6
8. Sainov, S., dan Tontchev, D., 1989. “Using a Total Internal Reflection Diffraction Grating for Investigating Absorbing Liquids”. Optics and Laser in Engineering 10: 17-26
9. Singh, S. 2002. Refractive Index Measurement and It Applications. Physica Scripta
10. Steen, W., dan Mazumdeer, J. 2010. Laser Material Processing 4th Edition. London : Springer
11. Subedi, D. P., Adhikari, D. R., Joshi, U. M., Poudel, H. N., dan Niraula, B. 2006. Study of Temperature and
Concentration Dependence of Refractive Index of Liquids using a Novel Technique. Kathmandu
University Journal of Science, Engineering and Technology
12. Sutapun, B., dan Tabib-Azar, M., Feb. 2000. “Grating-coupled Multimode Fiber Optics for Filtering and Chemical-sensing Applications”. Sensor and Actuators B, 69: 63-69
13. Tamulevicˇius, T., Sˇeperys, R., Andrulevicˇius, M., Tamulevicˇius, S., 2011. “Total Internal Reflection Based Sub-wavelength Grating Sensor for the Determination of Refractive Index of Liquids. Photonics and
Nanostructures 9: 140-148
14. Tim Penyusun. 2005. Diktat Kuliah Fisika Optik. Bandung : Fakultas Teknik Elektro Universitas Langlangbuana
15. Ye, G., and Wang, X., 2010. “Glucose Sensing Through Diffraction Grating of Hydrogel Bearing Phenylboronic Acid Groups”. Biosensor and Bioelectronics 26: 772-777
