APLIKASI OPTIK DAN FIBER OPTIK SEBAGAI SENSOR ph

SEMINAR TUGAS AKHIR

APLIKASI OPTIK DAN FIBER OPTIK 

SEBAGAI SENSOR pH

APLIKASI OPTIK DAN FIBER OPTIK 

SEBAGAI SENSOR pH

SEBAGAI SENSOR pH

SEBAGAI SENSOR pH

PENDAHULUAN

¾ Selama dua dekade terakhir, pembangunan aplikasi sensor, p g p

kimia dan biosensor tumbuh dengan pesat. Di antara semua sensor, sensor pH telah menerima banyak perhatian karenap y p pentingnya pengukuran pH di berbagai penelitian ilmu pengetahuan dan aplikasi praktis.

¾ Dengan menggunakan prinsip kerja fiber optik maka dapat dirangkai suatu sensor pH secara optik melalui elektroda kaca dirangkai suatu sensor pH secara optik melalui elektroda kaca untuk pengukuran pH. Rangkaian ini dapat memberikan ber‐ bagai kelebihan antara lain kekebalan terhadap gangguan bagai kelebihan antara lain kekebalan terhadap gangguan listrik, kelayakan dari miniaturisasi, dimungkinkannya penga‐ matan jarak jauh maupun melakukan pengukuran vivo.

TUJUAN

J

¾ Untuk melakukan tinjauan fiber optik sebagai sensor pH dengan metode sensor pH khusus jenis sensor pH serat optik submikron.

BATASAN MASALAH

¾ Sampel yang digunakan sebagai acuan sensor pH adalah larutan HCl M k H d l N OH M k H b

HCl 1 M untuk pH asam dan larutan NaOH 1 M untuk pH basa. ¾ Menggunakan LED merah.

¾ M k fib tik lti d ti FD 6

¾ Menggunakan fiber optik multimode tipe FD‐620‐10.

DASAR TEORI

Cahaya

¾ Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang terdiri dari gelombang medan listrik E dan gelombang medan magnet H yang

Cahaya

gelombang medan listrik E dan gelombang medan magnet H yang saling tegak lurus dan selalu pada arah transversal terhadap arah rambatnya.

rambatnya.

Serat Optik

¾ Serat optik merupakan saluran transmisi cahaya yaitu sejenis kabel yang terbuat dari kaca atau plastik yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut, dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain.

DASAR TEORI 

cont’2

Keuntungan Penggunaan Serat Optik

¾ Ukuran kecil dan ringan, sehingga hemat pemakaian ruang.

Keuntungan Penggunaan Serat Optik

¾ Imun kekebalan terhadap gangguan elektromagnetik dan  gangguan gelombang radio

gangguan gelombang radio.

¾ Tidak bersifat sebagai penghantar (tidak ada energi listrik dan  percikan api).

¾ Tidak berkarat ¾ Tidak berkarat

DASAR TEORI 

cont’4

4

Sensor pH

¾ Salah satu contoh sensor kimia yang cukup poluler dan

i kit k di l b t i d l h H b ik

Sensor pH

sering kita gunakan di laboratorium adalah sensor pH, baik yang berupa kertas lakmus atau kertas pH maupun pH

meter.

¾ 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.

DASAR TEORI 

cont’55

Sensor Kimia Serat Optik

Sensor

kimia

serat

optik

(fiber

optic

chemical

Sensor Kimia Serat Optik

sensors/FOCS) menawarkan beberapa kelebihan diban‐

dingkan 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

p

p

gg

g

g

p

digunakan pada lingkungan yang berbahaya sekalipun.

DASAR TEORI 

cont’6

S

 

  h

Sensor pH Khusus

Kebanyakan

sensor

pH

optik

dikembangkan

Kebanyakan

sensor

pH

optik

dikembangkan

didasarkan pada indikator pH disubstrat padat, dan

fabrikasi dalam bentuk membran atau lapisan film

fabrikasi dalam bentuk membran atau lapisan film

tipis pada padat transparan. Sebagian besar sensor pH

fib

tik dib

t d

l

i

fil

ti i l

fiber optik dibuat dengan lapisan film tipis langsung

menuju lapisan inti fiber.

DASAR TEORI 

cont’77

H A

B

Asam dan Basa merupakan dua golongan zat kimia

pH Asam Basa

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 kita bisa

menentukan sifat suatu larutan

DASAR TEORI 

cont’8

F

d

k

¾ Fotodetektor yang baik memiliki kepekaan atau

Fotodetektor

¾ Fotodetektor yang baik memiliki kepekaan atau

respon yang tinggi, waktu respon yang cepat,

noise dari detektor yang rendah dan karakteristik

noise dari detektor yang rendah dan karakteristik

dari performasi yang tidak mudah dipengaruhi oleh

k

di i li

k

Waktu & Tempat Penelitian serta

Persiapan Sampel

Persiapan Sampel

Waktu

Bulan April – Juni 2011, dengan temperatur ruang ±28◦C (diusahakan tetap selama penelitian dilakukan).

Laboratorium Optik dan Laboratorium Spektrokopis Jurusan Fisika FMIPA –

Tempat

ITS, Surabaya

Persiapan Sampel

Larutan HCl

V

₁

. M

₁  

=  V

₂ 

. M

₂ Larutan NaOH

PERSIAPAN  dan SET UP  ALAT

Persiapan Alat

p

‐ Power Supply ‐ Avometer ‐ pH Meter 

Fotodetektor

‐ Sumber Cahaya (LED) ‐ Serat Optik

‐ Fotodetektor ‐ Kaca Tipis ‐ Kaca Mika

PERSIAPAN dan SET UP ALAT

cont’2

Set Up Alat

1. Power Suplly

2. LED

4. Kaca (tempat sampel)

7. Laptop

6. Multimeter 3. Fiber Optik

PENGAMBILAN  DAN ANALISA 

DATA 

DATA 

¾ Serat Optik yang digunakan berdiameter core 125 µm sebagai ¾ Serat Optik yang digunakan berdiameter core 125 µm sebagai konektor pada percobaan ini merupakan Serat Optik jenis

multimode tipe FD‐620‐10 multimode tipe FD 620 10.

ANALISA DATA 

cont’2

Perhitungan

Perhitungan

Dari hasil data percobaan pengukuran tegangan dengan k t d H kh did t hit l menggunakan metode sensor pH khusus, didapat perhitungan slope dengan menggunakan persamaan regresi linier :

i

i

a

bX

Y

ˆ

=

+

a

=

y

−

b

x

(

y

)(

x

)

x

y

_{i i}

∑

i

∑

i

∑

−

(

x

)

n

b

₂

∑

∑

∑

=

∑

PEMBAHASAN

¾ Sampel asam HCl yang kita uji dibuat dari campuran larutan HCl ¾ Sampel asam HCl yang kita uji, dibuat dari campuran larutan HCl dengan aquades, untuk mendapatkan HCl 1 M dan demikian pula untuk mendapatkan sampel basa NaOH 1 M.

mendapatkan sampel basa NaOH 1 M.

¾ Sebelum sampel diuji, sampel diukur nilai pH masing‐masing sampel terlebih dahulu dengan menggunakan pH meter

terlebih dahulu dengan menggunakan pH meter.

¾ Sumber cahaya yang dipakai menggunakan LED merah dengan variasi tegangan input yang diberikan pada masing‐masing sampel adalah 1,7 Volt, 1,8 Volt, dan 1,9 Volt.

¾ 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.

PEMBAHASAN 

cont’33

9

Grafik Tegangan Output terhadap Nilai pH

y = ‐0,6364x + 10,688 7 8 (mV) Input 1,7 Volt Input 1,8 Volt y = ‐0,5553x + 8,6656 y = ‐0,5037x + 7,2109 4 5 6 gan Output   Input 1,9 Volt Linear (Input 1,7 Volt) y    0,5037x + 7,2109 2 3 Te ga n g Linear (Input 1,8 Volt) Linear (Input 1,9 Volt) 1

PEMBAHASAN 

cont’4

4

14

Grafik Tegangan Output terhadap Tegangan Input

y = ‐11 09x + 30 48 10 12  (mV) Tanpa Menggunakan  Sampel y =  11.09x + 30.48 y = ‐14.73x + 33.11 6 8 a n Output   Menggunakan Sampel  HCl y = ‐10.09x + 20.80 0 2 4 Te g a n g a Menggunakan Sampel  NaOH 0 1.65 1.7 1.75 1.8 1.85 1.9 1.95 Tegangan input (V)

KESIMPULAN

¾ Nilai pH yang dinyatakan sebagai nilai tegangan output fotodioda ¾ Nilai pH yang dinyatakan sebagai nilai tegangan output fotodioda

berbanding terbalik dengan nilai tegangan input LED, .

¾ Al i i l bih k d lih b h l k

¾ Alat ini lebih peka pada asam, terlihat bahwa slope untuk asam (sampel HCl) lebih besar dari pada slope untuk basa (sampel NaOH)

NaOH).

¾ Alat ini juga telah bekerja dengan baik, karena perubahan tegangan

i t d t diik ti li l h t t t

input dapat diikuti secara linear oleh tegangan outputnya.

¾ 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.

SARAN

¾ Alat dimodifikasi terhadap penempatan sampel, tempat sampel dapat didesain seperti laci. Supaya tidak terjadi ketidaksinkronan pada sampel dan serat optik pemancar tidak bergeser dari tempat semula.

¾LED dan serat optik ditaruh dalam pipa, sehingga cahaya LED dapat masuk ke dalam serat optik secara maksimal.

¾ Untuk percobaan selanjutnya menggunakan konsentrasi sampel yang berbeda

¾ Gunakan variasi pH sampel lebih dari 2, semakin banyak variasi pHp p , y p semakin banyak data yang diperoleh.

¾ Untuk normalisasi alat digunakan sampel yang memiliki nilai pH ¾ Untuk normalisasi alat, digunakan sampel yang memiliki nilai pH