STUDY AWAL FIBER OPTIK SEBAGAI SENSOR ph

STUDY AWAL FIBER OPTIK SEBAGAI

SENSOR pH

Nama Mahasiswa : RAHARDIANTI AYU KHOLILAH

NRP : 1106 100 042

Jurusan : Fisika FMIPA-ITS

Dosen Pembimbing : Drs. HASTO SUNARNO, M.Sc.

Abstrak

Telah dilakukan penelitian untuk memberikan tinjauan fiber optik sebagai sensor pH dengan metode sensor pH khusus yaitu jenis sensor pH serat optik submikron. Pengambilan data yang dilakukan tanpa menggunakan sampel, menggunakan sampel HCl 1 M, dan menggunakan sampel NaOH 1 M. Diberi- kan tegangan input LED 1,7 volt, 1,8 volt dan 1,9 volt kemudian setelah mencapai keadaan stabil, tegangan output fotodiode yang terukur pada multitester dicatat secara rekaman digital.

Nilai pH yang dinyatakan sebagai nilai tegangan output fotodioda berbanding terbalik dengan nilai tegangan input LED. Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh absorbsi. Alat ini lebih peka pada asam, terlihat bahwa slope untuk asam (sampel HCl) lebih besar dari pada slope untuk basa (sampel NaOH). Alat ini juga telah bekerja dengan baik, karena perubahan tegangan input dapat diikuti secara linear oleh tegangan outputnya. Nilai slope pada hasil percobaan ini bukan angka mutlak (angka yang sebenarnya). Sehingga hasil tegangan output yang didapat itu tergantung pada tegangan input yang diberikan.

Kata kunci: serat optik, sensor pH serat optik, absorbsi. 1. Pendahuluan

Selama dua dekade terakhir, pembangu-nan aplikasi sensor kimia dan biosensor tumbuh dengan pesat. Di antara semua sensor, sensor pH telah menerima banyak perhatian karena pentingnya pengukuran pH di berbagai penelitian ilmu pengetahuan dan aplikasi praktis.

Dengan menggunakan prinsip kerja fiber optik maka dapat dirangkai suatu sensor pH secara optik melalui elektroda kaca untuk pengukuran pH. Rangkaian ini dapat memberikan berbagai kelebihan antara lain kekebalan terhadap gangguan listrik, kelayakan dari miniaturisasi, dimungkinkannya penga-matan jarak jauh maupun melakukan pengukuran vivo.

Serat optik banyak digunakan dalam sistem komunikasi, biasanya serat optik untuk kabel transmisi cahaya. Seiring dengan per-kembangan zaman, selain sebagai transmisi cahaya, serat optik juga digunakan sebagai sensor. Prinsip dasar serat optik digunakan sebagai sensor adalah adanya karakteristik cahaya serat optik yang mempunyai intensitas, polarisasi dan fase. karakteristik-karakteristik serat optik

tersebut akan mengalami

perubah-an dimensi dperubah-an indeks bias jika diberikperubah-an perlakuan seperti pembengkokan, pemberian tegangan ataupun perubahan temperatur.

Media fiber optik, merupakan media yang memiliki banyak kelebihan, terutama dari segi performa dan ketahanannya menghantar-kan data. Media ini tampaknya masih menjadi media yang terbaik saat ini dalam media komunikasi kabel. Kelebihan yang dimiliki media ini memang membuat komunikasi data menjadi lebih mudah dan cepat untuk dilakukan. media ini menjadi pilihan banyak orang untuk mendapatkan komunikasi yang berkualitas. Media ini tidak cuma mampu menggelar komunikasi antar gedung, antar blok, antar kota, tetapi media ini juga sudah sejak lama dipercaya untuk menghubungkan antar benua dan antar pulau di dunia ini. Serat optik juga telah lama dipercaya untuk menjadi media komunikasi inti (backbone) dari Internet di seluruh dunia. Untuk menghubungkan jaringan di negara satu dengan negara seberangnya, atau benua satu dengan benua lainnya, serat optik telah cukup lama berperan dalam komunikasi dunia ini. Semua itu karena kualitas koneksinya, cara kerjanya, dan

kekebalan informasi yang dibawa dalam media inilah yang membuatnya begitu dipercaya.

Tujuan penelitian ini adalah untuk memberikan tinjauan tentang study awal fiber optik sebagai sensor pH dengan metode sensor pH khusus jenis sensor pH serat optik submikron.

Batasan masalah yang akan diguna-kan pada penelitian ini adalah :

- Sampel yang digunakan sebagai acuan sensor pH adalah larutan HCl 1 M untuk pH asam dan larutan NaOH 1 M untuk pH basa.

- Menggunakan LED warna merah.

- Menggunakan fiber optik multimode tipe FD-620-10.

- Menggunakan metode sensor pH khu- sus jenis sensor pH serat optik sub- mikron. 2. Dasar Teori

2.1 Cahaya

Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang terdiri dari gelombang medan listrik E dan gelombang medan magnet H yang saling tegak lurus dan selalu pada arah transversal terhadap arah rambatnya.

Gambar 2.1 Cahaya adalah gelombang elektro

magnetik yang dapat dibagi menjadi komponen medan listrik dan medan magnet.

Kecepatan perambatan gelombang yang dihitung dengan pengukuran medan listrik dan medan magnet diperoleh nilai yang sama dengan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa yakni 3x108_m/s.

2.2 Serat Optik

Serat optik adalah merupakan saluran transmisi atau sejenis kabel yang terbuat dari kaca atau plastik yang sangat halus da n lebih kecil dari sehelai rambut, dan dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah laser atau LED.

Kabel ini berdiameter lebih kurang 120 mikrometer. Cahaya yang ada di dalam serat optik tidak keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar daripada indeks bias dari udara, karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit. Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran komunikasi.

Perkembangan teknologi serat optik saat ini, telah dapat menghasilkan pelemahan (attenuation) kurang dari 20 (dB)/km. Dengan lebar jalur (bandwidth) yang besar sehingga kemampuan dalam mentransmisikan data menjadi lebih banyak dan cepat dibandingan dengan penggunaan kabel konvensional. Dengan demikian serat optik sangat cocok digunakan terutama dalam aplikasi sistem telekomunikasi. Pada prinsipnya serat optik memantulkan dan membiaskan sejumlah cahaya yang merambat didalamnya. Efisiensi dari serat optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas/kaca. Semakin murni bahan gelas, semakin sedikit cahaya yang diserap oleh serat optik.

Gambar 2.2 Serat Optik

Secara garis besar kabel serat optik terdiri dari 2 bagian utama, yaitu cladding dan core. Cladding adalah selubung dari inti (core). Cladding mempunyai indek bias lebih rendah dari pada core akan memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali kedalam core lagi.

Dalam aplikasinya serat optik biasanya diselubungi oleh lapisan resin yang disebut dengan jacket, biasanya berbahan plastik. Lapisan ini dapat menambah kekuatan untuk kabel serat optik, walaupun tidak memberikan peningkatan terhadap sifat gelombang pandu optik pada kabel tersebut. Namun lapisan resin ini dapat menyerap cahaya dan mencegah kemungkinan terjadinya kebocoran cahaya yang keluar

dari selubung inti. Serta hal ini

dapat juga mengurangi cakap silang yang mungkin terjadi.

2.3 Perambatan Cahaya Di Dalam Serat Optik

Propagasi cahaya pada serat optik terjadi karena pemantulan internal sinar optik yang terjadi pada perbatasan inti dan claddingnya akibat adanya perbedaan indeks bias antara keduanya.

Menurut hokum Snellius, seberkas sinar datang dari medium dari indeks bias yang rapat menuju medium dengan indeks bias yang kurang rapat, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal bidang batas kedua bahan tersebut.

Sebagian sinar yang datang dipantul dengan sudut yang sama besar dengan

sebagian lagi dibiaskan menjauhi normal dengan sudut θ2, berlaku hubungan

n

1

sin θ

1

= n

2

sin θ

2

Jika sudut dating θ1 diperbesar maka sinar bias akan semakin menjauh garis normal. Sudut kritis θc adalah sudut maksimum sinar yang memasuki serat agar sinar dapat tetap merambat sepanjang serat. Untuk n

dating θ1 akan mencapai sudut kritis

θ2 = 90o, sehingga

sin θ

c

=

n2_n1

Numerical aperture (NA) adalah ukuran kemampuan sebuah

menangkap cahaya. NA adalah parameter yang harganya tergantung pada indeks bias inti dan cladding dan serat optik. Dengan menggunakan hokum Snellius NA dari serat optic adalah :

NA = n sin θ

co

= n

12

dimana θco adalah sudut masukkan maks dan n adalah medium cahaya serat optik, dalam hal ini adalah udara. Dan n = 1, sehingga

NA = sin θ

co

= n

12

-Cahaya pada serat optik terdistribusi ke segenap sudut ruang, sehingga semakin besar sudut θco semakin banyak cahaya yang tertampung ke dalam serat optik. Dari persamman diatas terlihat bahwa NA maupun θco tidak tergantung pada ukuran (dimensi) serat cakap silang (cross talk) n Cahaya Di Dalam Serat Propagasi cahaya pada serat optik terjadi karena pemantulan internal sinar optik yang terjadi pada perbatasan inti dan nya akibat adanya perbedaan indeks Menurut hokum Snellius, seberkas sinar datang dari medium dari indeks bias yang rapat menuju medium dengan indeks bias yang kurang rapat, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal bidang batas kedua Sebagian sinar yang datang dipantulkan dengan sudut yang sama besar dengan θ1, dan sebagian lagi dibiaskan menjauhi normal

berlaku hubungan

diperbesar maka sinar bias akan semakin menjauh garis normal. sudut maksimum sinar yang memasuki serat agar sinar dapat tetap merambat sepanjang serat. Untuk n1 > n2,sudut

akan mencapai sudut kritis θ1 = θc jika

Numerical aperture (NA) adalah ukuran kemampuan sebuah serat untuk menangkap cahaya. NA adalah parameter yang harganya tergantung pada indeks bias inti dan dan serat optik. Dengan menggunakan hokum Snellius NA dari serat optic adalah :

2

_{- n}

22

adalah sudut masukkan maksimum, dan n adalah medium cahaya serat optik, dalam

= 1, sehingga

-n

₂2

Cahaya pada serat optik terdistribusi ke segenap sudut ruang, sehingga semakin besar semakin banyak cahaya yang dalam serat optik. Dari persamman diatas terlihat bahwa NA maupun tidak tergantung pada ukuran (dimensi) serat

optic. Nilai NA biasanya sekitar 0,20 sampai 0,29 untuk serat gelas, sedangkan serat plastik memiliki NA yang lebih tinggi dapat melebihi 0,5.

2.4 Sensor

Salah satu contoh sensor kimia yang cukup poluler dan sering kita gunakan di laboratorium adalah sensor pH, baik yang berupa kertas lakmus atau kertas pH maupun pH meter. Dalam bagian ini sensor pH yang berupa pH meter akan dijelaskan secara ring untuk lebih memudahkan memahami sensor kimia dan proses yang terjadi selama pengukuran pH berlangsung.

pH meter adalah pengukuran pH secara potensiometri. Sistem pengukuran dalam pH meter berisi elektroda kerja untuk pH dan elektroda refrensi. Perbeda

2 elektroda tersebut sebagai fungsi dari pH dalam larutan yang diukur. Oleh karenanya larutan yang diukur harus bersifat elektrolit. Secara garis besar kerja pH meter dapat digambarkan sebagai berikut : Pada elektroda pH, potensial yang dihasilkan (biasanya dalam mV) adalah berbanding lurus dengan konsentrasi ion hydrogen (H

Sedangkan, elektroda/sel referensi berguna untuk mempertahankan potensial secara konstan terlepas dari adanya perubahan pH atau aktivitas ionik lainnya dalam larutan. Sedangkan jembatan garam pada sel referensi berguna untuk mempertahankan kontak listrik antara 2 elektroda selama proses pengukuran dalam pH berlangsung.

Gambar 2.3 Skema set-up eksperiment untuk

FOCS

optic. Nilai NA biasanya sekitar 0,20 sampai 0,29 untuk serat gelas, sedangkan serat plastik memiliki NA yang lebih tinggi dapat melebihi

Salah satu contoh sensor kimia yang cukup poluler dan sering kita gunakan di laboratorium adalah sensor pH, baik yang berupa kertas lakmus atau kertas pH maupun pH meter. Dalam bagian ini sensor pH yang berupa pH meter akan dijelaskan secara ringkas untuk lebih memudahkan memahami sensor kimia dan proses yang terjadi selama pengukuran pH berlangsung.

pH meter adalah pengukuran pH secara potensiometri. Sistem pengukuran dalam pH meter berisi elektroda kerja untuk pH dan elektroda refrensi. Perbedaan potensial antara 2 elektroda tersebut sebagai fungsi dari pH dalam larutan yang diukur. Oleh karenanya larutan yang diukur harus bersifat elektrolit. Secara garis besar kerja pH meter dapat digambarkan sebagai berikut : Pada elektroda dihasilkan (biasanya dalam mV) adalah berbanding lurus dengan konsentrasi ion hydrogen (H+) dalam larutan. Sedangkan, elektroda/sel referensi berguna untuk mempertahankan potensial secara konstan terlepas dari adanya perubahan pH atau lainnya dalam larutan. Sedangkan jembatan garam pada sel referensi berguna untuk mempertahankan kontak listrik antara 2 elektroda selama proses pengukuran

Sensor kimia serat optik (fiber optic chemical sensors/FOCS) menawarkan beberapa kelebihan dibandingkan dengan jenis sensor lainnya. Diantaranya adalah ukurannya yang kecil dan ringan serta tahan terhadap gangguan elektromagnetik. Hal ini karena serat optik sensor dapat terbuat dari gelas sehingga kuat dan tahan terhadap temperatur tinggi, vibrasi, goncangan dan dapat digunakan pada lingkungan yang berbahaya sekalipun.

Kebanyakan pH sensor optik dikembangkan didasarkan pada indikator pH bergerak disubstrat padat, dan fabrikasi dalam bentuk membran atau lapisan film tipis pada padat transparan. Sebagian besar sensor pH fiber optik dibuat dengan memasangkan elemen sebagai membran ke ujung distal dari fiber optik, atau dengan lapisan film tipis langsung ke ujung distal atau lapisan inti fiber. 2.5 pH Asam Basa

Asam dan Basa merupakan dua golongan zat kimia yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Berkaitan dengan sifat asam Basa, larutan dikelompokkan dalam tiga golongan, yaitu bersifat asam, bersifat basa, dan bersifat netral. Asam dan Basa memiliki sifat-sifat yang berbeda, sehingga dapat kita bisa menentukan sifat suatu larutan. Untuk menentukan suatu larutan bersifat asam atau basa, ada beberapa cara. Yang pertama menggunakan indikator warna, yang akan menunjukkan sifat suatu larutan dengan perubahan warna yang terjadi. Misalnya Lakmus, akan berwarna merah dalam larutan yang bersifat asam dan akan berwarna biru dalam larutan yang bersifat basa. Sifat asam basa suatu larutan juga dapat ditentukan dengan mengukur pH nya. pH merupakan suatu parameter yang digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman larutan. Larutan asam memiliki pH kurang dari 7, larutan basa memiliki pH lebih dari 7, sedangkan larutan netral memiliki pH = 7. pH suatu larutan dapat ditentukan dengan indikator pH atau dengan pH meter.

Asam adalah zat yang dalam air melepaskan ion H+_{. dengan kata lain, pembawa}

sifat asam adalah ion H+_{. dan dirumuskan}

dengan

H

x

Z(aq)---»xH

+

(aq) + Z

x-

(aq)

Basa adalah zat yang dalam air menghasilkan ion hidroksida (OH-). dengan kata lain, pembawa sifat basa adalah (OH-).

M(OH)

x

(aq)---»M

x+

(aq) +

x

OH

-

(aq)

2.6 Fotodetektor

Fotodetektor yang baik memiliki kepekaan atau respon yang tinggi, waktu respon yang cepat, noise dari detektor yang rendah dan karakteristik dari performasi yang tidak mudah dipengaruhi oleh kondisi lingkungan.

Gambar 2.4 Fotodioda

Fotodioda berbeda dengan dioda biasa. Jika fotodioda persambungan p-n bertegangan balik disinari, maka arus akan berubah secara linier dengan kenaikan fluks cahaya yang dikenakan pada persambungan tersebut. Berdasarkan hal tersebut dapat dibuat alat untuk mendeteksi intensitas cahaya dengan memanfaatkan karakteristik fotodioda sebagai salah satu alternatif pendeteksi intensitas cahaya. Alat ini dapat dimanfaatkan bagi siswa dalam memahami tentang materi fotometri dalam pelajaran fisika.

Dalam penelitian ini diperoleh hasil bahwa fotodioda dapat berfungsi sebagai sensor untuk mengukur intensitas cahaya, dimana semakin besar intensitas cahaya (ditunjukkan kenaikan daya lampu) yang mengenainya maka arus yang dihasilkan fotodioda juga akan semakin besar. Disamping itu hasil penelitian ini menunjukkan bahwa hubungan antara arus yang dihasilkan fotodioda berubah berbanding terbalik dengan kuadrat jarak dari sumber cahaya dengan arus lampu tetap.

3. Metodologi 3.1 Persiapan sampel

Sampel yang digunakan pada percobaan ini adalah Larutan HCl 1 M dan Larutan 1 M yang sudah dihitung Molarnya.

Perhitungan Molaritas di dalam Larutan HCl dan NaOH :

 Larutan HCl

V1. M1 = V2 . M untuk : V = Volume M = Konsentrasi Molaritas  Larutan NaOH M = mol_V untuk : M = Konsentrasi Molaritas mol = Jumlah Molaritas V = Volume

gr = massa

Mr = Massa Relatif Atom 3.2 Persiapan Alat

Peralatan yang digunakan pada percobaan ini antara lain :

 Sumber Cahaya (LED)  Serat Optik (tipe FD  Avometer  Power Supply  Kaca tipis  Mika Tipis  Fotodetektor (fotodioda)  pH meter 3.3 Set Up Alat

Sampel yang digunakan pada percobaan 1 M dan Larutan NaOH 1 M yang sudah dihitung Molarnya.

Perhitungan Molaritas di dalam Larutan

. M2

M = Konsentrasi Molaritas

mol = _Mrgr

M = Konsentrasi Molaritas mol = Jumlah Molaritas

Mr = Massa Relatif Atom Peralatan yang digunakan pada

Sumber Cahaya (LED) Serat Optik (tipe FD-620-10)

Fotodetektor (fotodioda)

4.

Analisa Data

4.1 Serat Optik

Serat Optik yang digunakan sebagai pemancar dan penerima cahaya pada percobaan ini merupakan Serat Optik jenis

FD-620-10. Data yang diperoleh berupa tegangan output dalam (mV). Karena diameter serat optik yang digunakan cukup kecil yaitu 125 µm, maka ada sedikit kesulitan dalam proses pengambilan data. Sulitnya pengaturan posisi serat pemancar dan serat penerima agar cahaya yang datang dari LED masuk kedalam serat optik pemancar cahaya dan dapat diterima secara maksimal oleh serat penerima,

proses pengambilan data ini memakan waktu yang tidak sedikit.

4.2 Perhitungan Konsentrasi Larutan HCl dalam aquades

Untuk sampel berupa campuran antara Aquades dan larutan HCl, dengan massa total sampel 50 ml, didapat larutan HCl 1 M.

V1. M1 = V V1 . 12 = 50 . 1 V₁= 50 12 = 4 Aquades = V = 50 = 45,9 HCl (4,166ml) + aquades (45,9

4.3 Perhitungan Konsentrasi Larutan

NaOH dalam aquades

Ar Na = 23 Ar O = 16 Ar H = 1 Mr NaOH = 40 Jumlah mol NaOH adalah

mol gr Mr

5gr₄₀ 0,125 mol Konsentrasi (Molaritas) NaOH

M = mol_V [ 1 Molar 0,125 mol_V V = 0,125 _liter = 125 NaOH(5gr) + aquades(125

Serat Optik yang digunakan sebagai pemancar dan penerima cahaya pada percobaan ini merupakan Serat Optik jenis multimode tipe . Data yang diperoleh berupa tegangan output dalam (mV). Karena diameter serat optik yang digunakan cukup kecil yaitu 5 µm, maka ada sedikit kesulitan dalam proses pengambilan data. Sulitnya pengaturan dan serat penerima agar cahaya yang datang dari LED masuk kedalam serat optik pemancar cahaya dan dapat diterima secara maksimal oleh serat penerima, membuat proses pengambilan data ini memakan waktu Perhitungan Konsentrasi Larutan HCl dalam aquades

Untuk sampel berupa campuran antara Aquades dan larutan HCl, dengan massa total sampel 50 ml, didapat larutan HCl 1 M.

= V2 . M2 . 12 = 50 . 1 50 ml 12 gr 4,166 Aquades = V2 - V1 = 50 – 4,166 = 45,9 ml ) + aquades (45,9ml) = HCl 1 M Perhitungan Konsentrasi Larutan NaOH dalam aquades

mol Konsentrasi (Molaritas) NaOH

liter

y = -0,6364x + 10,688 y = -0,5553x + 8,6656 y = -0,5037x + 7,2109 0 2 4 6 8 10 0 5 10 15 Te gan gan O ut pu t ( m V) pH

Grafik Tegangan Output terhadap Nilai pH Input 1,7 Volt Input 1,8 Volt Input 1,9 Volt 4.4 Perhitungan

Dari hasil pengukuran tegangan dengan menggunakan metode sensor pH khusus, di-dapat perhitungan slope dengan menggunakan persamaan regresi linier :

Tabel 4.1 Perhitungan slope tegangan output terhadap tegangan input tanpa menggunakan sampel X (V) Y (mV) Xy x2 _y2 1.7 11,708 19,9036 2,89 137,007 1.8 10,344 18,6192 3,24 106,998 1,9 9,484 18,0196 3,61 89,946 Tabel4.2 Hasil perhitungan tanpa mengguna

kan sampel

x

rata-rata

(V)

y

rata-rata

(mV)

a

b (slope)

1,8

10,513

30,485

-11,095

Gambar 4.1 Grafik tegangan output terhadap tegangan input tanpa mengguna-kan sampel

Tabel 4.3 Perhitungan slope tegangan output terhadap nilai pH pada tegangan input 1,7 Volt

x

y

xy

x

2

y

2

0

11,708

0

0

137,077

4

8,142

48,855

16

66,300

11

3,688

40,568

121

13,601

Tabel 4.4 Hasil perhitungan pada tegangan input 1,7 Volt

x

rata-rata

y

rata-rata

a

b

(slope)

5,666

7,846

11,439

-0,767

Gambar 4.2 Grafik tegangan output terhadap nilai pH pada tegangan input 1,7 Volt

4.5 Pembahasan

Sampel asam HCl yang kita uji, terbuat dari campuran larutan HCl dengan aquades, untuk mendapatkan HCl 1 M dan demikian pula untuk mendapatkan sampel basa NaOH 1 M. Sebelum sampel diuji, sampel diukur nilai pH masing-masing sampel terlebih dahulu dengan menggunakan pH meter. Sumber cahaya yang dipakai menggunakan LED merah dengan variasi tegangan yang diberikan pada masing-masing sampel adalah 1,7 Volt, 1,8 Volt, dan 1,9 Volt.

Gambar 4.3 Grafik tegangan output terhadap nilai pH 11,708 10,3449,489 y = -11,095x + 30,485 0 5 10 15 1,6 1,8 2 T eg an ga n O u tp u t (m V ) Tegangan input (V)

Grafik Tegangan Output terhadap Tegangan Input tanpa sampel

8,1425 3,688 y = -0,6364x + 10,688 0 2 4 6 8 10 0 5 10 15 Te gan gan o ut pu t ( m V) pH

Grafik Tegangan Output terhadap Nilai pH pada Input 1,7 mV i i

a

bX

Y

ˆ





x

b

y

a















n x x n x y x y b i i i i i i 2 2











  

y = -11,095x + 30,485 y = -14,733x + 33,113 y = -10,09x + 20,801 0 5 10 15 1,6 1,7 1,8 1,9 2 Te gan gan O ut pu t ( m V) Tegangan input (V)

Grafik Tegangan Output terhadap Tegangan Input

Dari hasil data yang diperoleh, dengan menggunakan regresi linier dapat dihitung nilai slope (kemiringan) tegangan output fotodioda terhadap tegangan input LED dan tegangan output fotodioda terhadap nilai pH.

Gambar 4.7 menunjukkan nilai pH berbanding terbalik dengan nilai tegangan output. Semakin tinggi nilai pH maka semakin rendah tegangan output yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh pe-nyerapan (absorbsi cahaya) pada sampel uji. Atom-atom dengan valensi ion positif (pada kasus Na) lebih banyak memiliki elektron-elektron bebas dan berikatan dengan ion-ion negatif OH. Elektron bebas ini meskipun telah berikatan dengan ion negatif OH, namun pada proses pengikatan pasangan akan berlaku secara acak. Artinya, perilaku acak elektron bebas ini seperti benar-benar elektron bebas yang masih belum memiliki pasangan (apalagi setelah sampel kita ganggu seperti pengambilan memakai pipet dan lain sebagainya) tentunya ikatan ion yang kuat sekalipun bisa lepas. Sifat elektron bebas tersebut dapat menyerap energi foton yang dihasilkan oleh cahaya yang seharusnya energi foton tersebut diserap oleh fotodioda. Semakin tinggi nilai pH, berarti larutan semakin bersifat basa. Artinya, semakin banyak konsentrasi elektron bebasnya akan berakibat pada semakin banyak cahaya yang terabsorbsi. Hal ini sesuai dengan hasil percobaan yaitu nilai pH yang semakin tinggi menghasilkan tegangan output semakin rendah. Sehingga pada sampel NaOH (basa), hasil tegangan output yang didapatkan lebih rendah dari pada menggunakan sampel HCl (asam).

Pada keadaan ada sampel cairan maka yang disensor oleh alat ini adalah ikatan-ikatan atomnya. Ikatan mempunyai struktur dan masing-masing struktur sampel memiliki kerapatan yang berbeda. Sedangkan pada percobaan tanpa menggunakan sampel, hanya terdapat partikel udara yang diukur (disensor) sehingga bukan menunjukkan besaran pH.

Untuk percobaan tanpa menggunakan sampel, tidak dapat ditunjukkan nilai pHnya, karena nilai pH hanya terukur bagi suatu sampel yang berupa cairan. Tegangan output yang dihasilkan merupakan nilai normalisasi alat, artinya kondisi alat sebelum diberi sampel. Berbeda dengan percobaan yang menggunakan sampel (HCl dan NaOH), karena sampel bisa diukur dengan menggunakan pH meter. Sedangkan jika tanpa sampel, kemungkinan yang ada didalam tempat sampel (glass slide)

adalah udara, padahal udara tidak dapat diukur nilai pHnya. Walaupun pada saat terdapat sampel udara nilai yang terukur dengan menggunakan pH meter, terlihat angka 7,8 yang tertera pada digital.

Gambar 4.7 juga menunjukkan ada-nya perubahan slope (kemiringan) grafik antara tegangan output terhadap pH dengan member-kan perubahan tegangan input. Pada tegangan input LED tertentu, slope bisa berubah disebab-kan karena tegangan input LED diubah. Ter-lihat bahwa slope juga mengikuti perubahan dari tegangan input. Jika tegangan input LED kecil, maka alat ini memberikan hasil slope yang besar.

Sumber cahaya yang dipakai menggunakan LED merah dengan batas variasi tegangan yang diberikan pada masing-masing sampel adalah 1,7 Volt sampai 1,9 Volt. Kami hanya mengambil batas tersebut karena batas tegangan LED merah hanya 1,4 Volt sampai 1,9 Volt. Pada saat input LED diberi tegangan 1,4 Volt dan 1,5 Volt, cahaya yang dipancarkan kurang terang (terlalu redup). Sehingga tegangan output yang dihasilkan terlalu kecil. Sedangkan pada saat input LED diberi tegangan 2 Volt, ternyata terjadi kerusakan pada LED. Karena memang batas tegangan pada LED merah kurang dari 2 Volt.

Percobaan ini menyatakan bahwa alat ini lebih peka terhadap sampel asam, ini terlihat bahwa beda tegangan output asam lebih tinggi daripada tegangan output basa. Alat ini juga telah bekerja dengan baik, karena perubahan tegangan input dapat diikuti secara linear oleh tegangan outputnya. Hal ini terlihat dari slope ketiga variasi tegangan input yang ditunjukkan pada gambar 4.7.

Gambar 4.4 Grafik tegangan output fotodioda

terhadap nilai tegangan input LED

Pada Gambar 4.8 dapat kita lihat bahwa nilai tegangan output berbanding terbalik dengan nilai tegangan input LED. Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh absorbsi. Pada saat tegangan input LED dinaikkan, nilai tegangan output turun. Pada saat pengujian tanpa menggunakan sampel, hasil tegangan output juga berbanding terbalik dengan tegangan input LED.

Gambar 4.8 juga menunjukkan adanya perubahan slope (kemiringan). Dapat dilihat perbandingan antara slope tanpa menggunakan sampel, dan menggunakan sampel HCl maupun menggunakan sampel NaOH terdapat perubahan. Khususnya pada slope grafik untuk sampel HCl lebih besar dibanding slope grafik sampel NaOH. Hal ini disebabkan larutan basa memiliki absorbsi lebih besar dari pada larutan asam.

Seharusnya slope untuk tegangan output fotodioda terhadap tegangan input LED mengikuti slope tanpa mengguna- kan sampel. Tetapi pada gambar grafik 4.8 terlihat bahwa slope untuk asam (sampel HCl) lebih besar dari pada slope untuk basa (sampel NaOH). Hal ini menunjukkan bahwa alat ini lebih peka pada asam dan perbedaan slope ini memberikan koreksi terhadap pengaruh asam basa.

Nilai slope pada hasil percobaan ini bukan angka mutlak (angka yang sebenarnya). Sehingga hasil tegangan output yang didapat itu tergantung pada tegangan input yang diberikan. 5. Kesimpulan

Dari hasil percobaan dan analisa

yang dilakukan dapat disimpulkan sebagai

berikut :

1. Nilai pH yang dinyatakan sebagai

nilai tegangan output fotodioda

berbanding terbalik dengan nilai

tegangan input LED. Hal ini

disebabkan karena adanya pengaruh

absorbsi larutan sampel.

2. Alat ini lebih peka terhadap sampel

asam, terlihat dari slope grafik

untuk asam (sampel HCl) lebih

besar dari pada slope untuk basa

(sampel NaOH).

3. Alat ini juga telah bekerja dengan

baik, karena

setiap perubahan

tegangan input dapat diikuti secara

linear oleh tegangan outputnya.

4. Nilai slope pada hasil percobaan ini

tidak menggambarkan angka mutlak

(angka yang sebenarnya), sehingga

hasil tegangan output yang didapat

adalah tergantung pada tegangan

input yang diberikan.

DAFTAR PUSTAKA

--- 1994. Operating Instrution and Technical Manual. Measurement group inc, USA.

Ahmad, Usman. 2005. Pengolahan Citra

Digital dan Teknik

Pemrogramannya. Graha Ilmu, Yogyakarta.

Dally, J.W, and W.F.Riley. (1991). Experimental Stres Analysis, Third

Edition. McGraw-Hill, Inc. New York.

Endang Susilo, Ali Yunus, dan Gatut Yudoyono. 2003. OPTIKA (diktat). Yanasika ITS, Surabaya.

Ika, Ucik. 2008. Evaluasi Distribusi Tegangan, Transmisi Absorbsi pada Kualitas Sun Guard dengan Metode Fotoelastisitas. Tugas Akhir, ITS. Surabaya.

Murni, A., 1992. Pengantar Pengolahan Citra. PT Elek Media Komputindo Kelompok Gramedia, Jakarta

Jenkins, F.A, and White, H.E. (1976). Fundamental of Optics. McGraw-Hill Kogakusha LTD. Tokyo. Sunarmi, Evi. 2006. Studi Pendahuluan

Fotoelastisitas Refleksi dan Transmisi pada Model Fotoelastis. Tugas Akhir, ITS. Surabaya

Young, Freedman. 2003. Fisika Universitas Jilid 2. Erlangga, Jakarta