Top Banner
BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Serat optik adalah teknologi alternatif yang dapat menggantikan fungsi kabel konvensional sebagai pengalir isyarat elektrikal.Teknologi ini memiliki keunggulan dalam beberapa hal yaitu pengiriman data yang lebih cepat, lebih akurat, dan relatif lebih stabil terhadap perubahan kondisi cuaca dibandingjkan kabel konvensional.Teknologi ini dikenal sebagai pemandu cahaya atau pemandu gelombang. Serat optik memiliki keunggulan lain yang menjanjikan, seperti: berukuran kecil, tidak berinterferensi dengan gelombang elektromagnet, tahan terhadap suhu tinggi, serta memiliki bandwith yang besar. Kini serat optic tidak hanya digunakan untuk bidang komunikasi saja melainkan berkembang menjadi Fiber Optik Sensor (FOS). Dalam perkembanganya FOS sering digunakan dalam aplikasi industry, yaitu salah satunya dalam menentukan derajat keasaman (pH). 1
31

Makalah Optik

Aug 10, 2015

Download

Documents

Dwika Andjani
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Makalah Optik

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Serat optik adalah teknologi alternatif yang dapat menggantikan fungsi

kabel konvensional sebagai pengalir isyarat elektrikal.Teknologi ini memiliki

keunggulan dalam beberapa hal yaitu pengiriman data yang lebih cepat, lebih

akurat, dan relatif lebih stabil terhadap perubahan kondisi cuaca dibandingjkan

kabel konvensional.Teknologi ini dikenal sebagai pemandu cahaya atau pemandu

gelombang. Serat optik memiliki keunggulan lain yang menjanjikan, seperti:

berukuran kecil, tidak berinterferensi dengan gelombang elektromagnet, tahan

terhadap suhu tinggi, serta memiliki bandwith yang besar.

Kini serat optic tidak hanya digunakan untuk bidang komunikasi saja

melainkan berkembang menjadi Fiber Optik Sensor (FOS). Dalam

perkembanganya FOS sering digunakan dalam aplikasi industry, yaitu salah

satunya dalam menentukan derajat keasaman (pH).

Identifikasi Masalah

Dalam menentukan derajat keasaman sebuah zat terdapat banyak cara,

namun cara cara yang sudah ada dirasa masih kurang memenuhi keakuratan akan

nilai derajat keasamaan suatu zat tersebut, sehingga diciptakan sebuah probe

sensor serat optic untuk menentukan derajat keasaman (pH).

Tujuan

Merancang dan membuat probe sensor serat optic yang sensitive untuk

mengukur derajat keasaman dengan menggunakan metoda absorbansi akibat

adanya absorbsi gelombang evanescence.

1

Page 2: Makalah Optik

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Serat optik adalah saluran transmisi atau sejenis kabel yang terbuat

dari kaca atau plastik yang sangat halus dan 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 decibels (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 system

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.

Struktur Fiber

Stuktur fiber optik biasanya terdiri atas 3 bagian, yaitu :

(a) Bagian yang paling utama dinamakan inti (core)

Gelombang cahaya yang dikirim akan merambat dan mempunyai indeks bias lebih

besar dari lapisan kedua, dan terbuat dari kaca. Inti (core) mempunyai diameter

yang bervariasi antara 5 – 50 micro meter tergantung jenis serat optiknya.

2

Page 3: Makalah Optik

(b) Bagian kedua dinamakan lapisan selimut / selubung (cladding )

Bagian ini mengelilingi bagian inti dan mempunyai indeks bias lebih kecil

dibanding dengan bagian inti, dan terbuat dari kaca.

(c) Bagian ketiga dinamakan jacket (coating)

Bagian ini merupakan pelindung lapisan inti dan selimut yang terbuat dari bahan

plastik elastik.

Struktur dari fiber optik ini dapat diperlihatkan berikut ini :

TOTAL INTERNAL REFLECTION

Menurut ilmu optika geometri, setiap cahaya yang datang pada suatu medium

optis ke medium optis yang lain, pada bidang batas kedua medium tersebut cahaya

akan mengalami peristiwa pemantulan (cahaya akan kembali masuk ke medium yang

pertama) dan juga mengalami peristiwa pembiasan (cahaya diteriskanb masuk ke

dalam medium yang kedua).

Menurut prinsif Fermat, besarnya sudut pantul akan sama dengan besarnya

sudut datangnya cahaya tadi. Sedangkan menurut prinsip Snellius, apabila sinar

datang dari medium optis kurang rapat ke medium optis lebih rapat, maka sinar

tersebut akan dibiaskan cenderung mendekati garis normal, jadi sudut datang akan

lebih besar dari sudut bias dan sebaliknya apabila sinar datang dari medium optis

lebih rapat ke medium optis kurang rapat, maka sinar akan dibiaskan cenderung

menjauhi garis normsl, sehingga sudut datang akan lebih kecil dari sudut bias.

3

Page 4: Makalah Optik

Dalam hal sinar datang dari medium optis lebih rapat ke medium optis kurang

rapat, apabila sudut datangnya semakin besar maka pada suatu saat sudut biasnya

akan sama dengan 900, dan mulai saat itu tidak ada lagi sinar yang dibiaskan.

Keadaan pemantulan semua sinar datang ini disebut dengan pemantulan sempurna

dan sudut datang yang menghasilkan sudut bias sebesar 900 disebut sudut kritis.

Untuk serat optik (fiber optic), indeks bias core lebih besar dari indeks bias cladding.

Sinar-sinar yang akan dipandu oleh serat optik (fiber optic) harus dimasukan ke

dalam core serat optik (fiber optic) melalui ujungnya, dengan cara diusahakan sinar

tersebut dating setegak lurus mungkin terhadap pemampang core serat optik (fiber

optic), agar sinar tersebut masuk ke dalam core kemudian datang ke cladding dengan

sudut datang sebesar mungkin sehingga sinar tersebut datang dari core ke cladding

dengan sudut datang yang lebih besar dari sudut kritisnya, yang mana akan

menghasilkan pemantulan sempurna pada bidang batas core cladding. Sinar pantul ini

akan berjalan menyeberangi core menuju cladding yang ada diseberangnya dengan

sudut datang yang relative sama dengan sudut datang yang pertama tadi, yang mana

besarnya lebih besar dari sudut kritis. Akibatnya sinar ini akan dipantulkan kembali

masuk ke dalam core, menyeberangi core, menuju cladding diseberangnya,

dipantulkan lagi demikian seterusnya sehingga sinar tersebut praktis tidak pernah ada

yang dibiaskan keluar dari serat optik (fiber optic), dan bisa dikatakan semua cahaya

4

Page 5: Makalah Optik

yang dimasukan ke dalam serat optik (fiber optic) tersebut dari ujung yang satu akan

dikeluarkan lagi pada ujung yang lain tanpa ada yang bocor.

Untuk serat optik (fiber optic) jenis step index, jalannya sinar adalah patah-

patah dan sedangkan untuk jenis grade index, jalannya sinar adalah tidak patah-patah

melainkan berbentuk garis lengkung.

Sensor Serat Optik

Pengukuran perubahan sifat-sifat fisis dan kimia seperti: mekanik, panas,

elektrik, dan konsentrasi bahan kimia dapat diukur dengan sensor dan transdusers.

Sensor adalah piranti yang sensitif terhadap perubahan keadaan yang terukur, seperti;

temperatur, posisi, atau konsentrasi kimia. Transduser merupakan piranti yang

mengkonversi pengukuran suatu perubahan menjadi isyarat elektrik yang kemudian

diperkuat. Sensor dan transducers dapat beroperasi di tempat yang sulit terjangkau

dan berbahaya.

Sensor serat optik merupakan piranti yang dapat mengukur perubahan

modulasi cahaya yang terpandukan akibat adanya gangguan-gangguan, baik intrinsik

maupun ekstrinsik. Sensor serat optik intrinsic merupakan sensor yang mengukur

perubahan penjalaran gelombang yang disebabkan dari dalam serat, seperti:

perubahan indeks bias pada cladding, adanya kisi pada core dan lain-lain. Sedangkan

sensor serat optik ekstrinsik merupakan sensor yang mengukur perubahan penjalaran

5

Page 6: Makalah Optik

gelombang yang disebabkan oleh lingkungan seperti cahaya yang masuk ke dalam

serat selain sumber cahaya.

Gelombang Evanescent

Sinar dalam serat optik menjalar dengan prinsip pemantulan internal total,tetapi pada

kenyataannya terdapat sedikit radiasi elektromagnetik yang memasuki cladding dan

membentuk medan elektromagnetik yang disebut gelombang evanescent. Energi

gelombang ini menurun secara eksponensial dari batas antara core dan cladding .

Gelombang cahaya yang memasuki cladding sepanjang dp akan berkurang secara

eksponensial

Spektroskopi Serat Optik

Perilaku absorbsi bahan dapat digambarkan dengan hukum Beer-Lambert.

Gelombang evanescent dapat berinteraksi dengan gelombang lain jika cladding

dilepaskan. Jika gelombang evanescent ini diabsorbsi oleh medium lain di sekitar

core maka atenuasi dari pemantulan internal total akan meningkat sehingga sinar

yang keluar dari serat akan mengalami penurunan daya yang berhubungan dengan

besarnya absorbs tertentu. Daya yang ditransmisikan pada serat optik yang telah

dikelupas cladding nya dan digantikan dengan bahan lain, akan memberikan

modifikasi pada persamaan Beer-Lambert. Didapat bahwa absorbsi berbanding

langsung dengan konsentrasi.

Dye Indikator pH

6

Page 7: Makalah Optik

Dye adalah molekul pigmen atau senyawa kimia yang dapat menyerap

cahaya, sedangkan dye indikator pH adalah dye yang berubah warna ketika berada

dalam larutan asam atau basa. Karena dye mengalami perubahan warna maka sifat

absorsinya akan berubah juga. Masingmasing dye memiliki karakteristik panjang

gelombang yang berbeda-beda. Dye yang berubah warnanya walau hanya sedikit

akan merubah absorbsinya menjadi lebih tinggi atau lebih rendah. Pada penelitian ini

digunakanlah dye methyl violet sebagai indikator pH

7

Page 8: Makalah Optik

BAB III

PEMBAHASAN

Telah diketahui bahwa selain dalam bidang komunikasi, serat optic juga

sangat berguna bagi bidang industry yaitu salah satu contoh pemanfaatannya adalah

sebagai sensor yang mampu mengukur derajat keasaman (pH) suatu zat. Sensor ini

dapat dibuat dengan cara menggunakan bahan – bahan seperti :

1. Serat optik plastik 1000/960 μ m

2. Dye Methyl Violet

3. Aquades

4. Ethanol

5. Aseton

6. Asam klorida (HCL) 5 M

7. NaOH 5 M

8. Hydrogel yaitu Tetraethyl Ortho Silicate (TEOS)

9. Buffer pH 10, pH 7 dan pH 4

10. Silver paint

Dan juga alat – alat seperti :

1. Oaktun pH meter

2. Magnetic stirrer hotplate

3. Oven

4. High Sensitivity Light Sensor (PASCO)

5. LS-1 Tungsten Halogen Light Sources

6. Bundle fiber optik

7. USB2000 VIS-NIR Spectrophotometer

8. OOIBase32 Operating Sofware

9. Data Studio Software

10. Adapter SMA conector

8

Page 9: Makalah Optik

11. Toolkit fiber optik

12. Silet

13. Cutter

14. Tisu kasar

15. Gelas Ukur

Kemudian adapun langkah langkah untuk membuat probe sensor ini adalah sebagai

berikut :

Pembuatan Gel

Serbuk dye Methyl violet sebanyak 1.5 mg dicampurkan dengan Tetraethoxysilane

(TEOS) 1 ml, ethanol 1 ml, dan 0.1 ml aquades hingga tercampur merata. Larutan ini

kemudian diaduk secara perlahan dengan magnetic stirrer dan dipanaskan dengan

suhu 60oC selama 5 menit hingga membentuk larutan gel.

Pembuatan Lapisan Gel pada Kaca Preparat

Larutan gel yang telah dibuat kemudian dilapiskan pada kaca preparat. Penumbuhan

pada substrat kaca dilakukan dengan teknik dip-coating. Sebelumnya, kaca yang akan

dilapisi haruslah memiliki dimensi 1x6 cm agar kaca dapat dimasukkan ke dalam

kuvet. Setelah terbentuk lapisan gel pada kaca, kaca preparat kemudian dikeringkan

pada suhu dan tekanan ruang selama 3 hari. Setelah itu dipanaskan dengan oven pada

suhu 100oC selama 4 jam dan dilanjutkan pemanasan kembali pada suhu 1500 selama

1 jam.

Pembuatan Probe Sensor Serat Optik Pelapisan Gel pada Serat Optik

9

Page 10: Makalah Optik

Percobaan ini mengunakan serat optic plastik sepanjang 30 cm. Proses

pembuatan probe dimulai dengan menghilangkan bagian jaket sepanjang 3.5 cm dari

ujung serat optik menggunakan pemotong jaket fiber optic. Kemudian 2 cm dari

ujung serat, cladding dikelupas dengan cara merendam bagian ini ke dalam larutan

aseton selama ± 3 menit hingga tampak terkelupas. Cladding yang tampak terkelupas

ini, dihilangkan dan dibersihkan dengan silet atau tisu. Sebelum direndam ke dalam

aseton, sisa 2 cm jaket yang telah dilepas, dipasangkan kembali ke dalam serat optik

untuk menutupi cladding bagian ujung probe agar cladding bagian ini tidak ikut

terkelupas oleh aseton. Setelah itu, bagian core pada probe direndam dengan asam

nitrit (HNO3) 30% selama 5 menit agar mudah untuk dilapiskan larutan gel. Ujung

dari probe sensor kemudian ditutupi/dilapisi dengan silver paint secara merata

sebagai reflektor. Setelah bagian probe sensor sempurna dibuat, probe kemudian

ditumbuhkan lapisan tipis pada permukaannya menggunakan larutan gel yang telah

disiapkan sebelumnya. Penumbuhan lapisan pada probe dilakukan dengan teknik

dipcaoting.

Setelah ditumbuhkan lapisan, probe didiamkan selama 3 hari pada suhu dan tekanan

ruang. Setelah semua proses ini selesai maka sebelum probe digunakan haruslah

terlebih dahulu direndam dalam air untuk menghilangkan kelebihan dye yang tersisa.

Karakterisasi Sifat Absorpsi Lapisan Gel pada Kaca Preparat

10

Page 11: Makalah Optik

Gel yang telah dilapisi pada kaca preparat, dikarakterisasi sifat absorsinya dengan

menggunakan spectrophotometer USB2000 VIS-Nir. Langkah-langkah karakterisasi

yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Karakterisasi awal pada kaca preparat yang dijadikan sebagai data referensi. Untuk

karaktersasi awal, kaca preparat yang telah ditumbuhkan lapisan gel dan telah

dikeringkan, kemudian dikarakterisasi dengan spektrophotometer VIS-Nir. Untuk

mengkarakterisasi kaca preparat ini pada setiap perubahan pengukuran larutan pH

maka haruslah diset terlebih dahulu data referensi dan data dark . Data referensi

merupakan data yang diambil ketika kaca preparat ditempatkan dalam wadah

kuvet dan disinari cahaya namun tidak dimasukkan larutan pada kuvet. Data dark

merupakan data yang diambil dengan kondisi yang sama seperti data referensi

namun dengan sumber cahaya yang dimatikan. Pengambilan data ini dilakukan

dengan susunan alat seperti gambar dibawah. Hasil pengukuran ini nantinya

menjadi data awalan dalam pengukuran selanjutnya.

2. Karakterisasi absorbansi kaca preparat yang telah dilapisi gel pada variasi larutan

pH. Karakterisasi yang dilakukan adalah merendamkan kaca preparat pada kuvet

pada probe sensor yang telah dimasukkan larutan dengan pH yang berbeda-beda.

Setelah direndam dalam wadah kuvet, kaca preparat kemudian dilewati sinar dan

dianalisis dengan spectrophotometer.

Perendaman kaca preparat pada larutan pH yang berbeda-beda dalam kuvet

bertujuan untuk mendapatkan sifat absorbansi gel pada kaca dengan perubahan pH

yang diberikan. Larutan pH yang digunakan adalah larutan pH1 hingga pH12.

11

Page 12: Makalah Optik

Larutan basa dan asam pada penelitian ini dibuat dengan teknik titrasi yaitu

dengan mencampur aquades, NaOH, dan HCL dengan komposisi yang sesuai.

Pengukuran dan keakuratan nilai pH larutan yang digunakan, diukur dengan

menggunakan Oakton pH meter.

Karakterisasi Absorbansi Probe Sensor terhadap Variasi pH

Pengukuran diawali dengan menentukan data referensi dan data dark untuk

serat optik dengan settingan system pengukuran seperti diatas. Data reference

merupakan data yang diambil saat kabel serat optik dijalarkan sinar dan posisi probe

sensor berada di udara, sedangkan data dark merupakan data yang diambil saat kabel

serat optik tidak dijalarkan sinar atau sumber cahaya dimatikan.

Probe sensor dikarakterisasi dengan cara menjalarkan sinar pada kabel serat

optik dan mencelupkan probe sensor pada variasi larutan pH, yaitu pH1 hingga pH12.

Pengukuran nilai absorbansi dilakukan dengan 3 cara pembagian pengukuran, yaitu:

1. Pengukuran pH12 hingga pH8 kemudian pengukuran dibalik yaitu dimulai dari

pH8 hingga pH12.

2. Pengukuran dilanjutkan mulai dari pH7 hingga pH4 kemudian pengukuran dibalik

yaitu dari pH4 hingga pH7.

3. Dan terakhir pengukuran dilakukan dari pH3 hingga pH1 kemudian pengukuran

dibalik yaitu dari pH1 hingga pH3 Hasil pengukuran dianalisa dengan software

khusus yaitu OOIBase32 Operating Software untuk mengukur daya spectrum

absorbsi probe sensor pada panjang gelombang cahaya tampak. Hasil pengukuran

kemudian diolah dengan software Excel dan didapatlah hubungan antara nilai

absorbansi atau transmitansi pada panjang gelombang cahya tampak terhadap

perubahan pH. Analisis data secara keseluruhan diproses dengan menggunakan

software Excel.

Pengukuran Respon Probe Sensor

12

Page 13: Makalah Optik

Pengukuran waktu respon probe sensor dilakukan dalam dua kondisi larutan

yaitu larutan dengan kadar pH rendah dan pH tinggi. Pengukuran yang dilakukan

yaitu dengan cara merendam probe dan pH meter konvesional secara bersamaan ke

dalam suatu wadah yang diisikan larutan pH awal, yaitu pH10. Setelah grafik

pengukuran memperlihatkan kejenuhan probe kemudian dicelupkan ke dalam wadah

berlarutan pH2 hingga jenuh. Pengukuran ini untuk mendapatkan waktu respon dari

probe yang dibuat. Setelah probe sensor menunjukkna grafik kejenuhan , probe

kemudian dipindahkan dan dicelupkan ke dalam larutan pH10 kembali. pH10

dijadikan sebagai larutan referensi karena pH ini adalah larutan pH buffer. Perubahan

pH dikontrol dan diamati dengan pH meter agar derajat keasaman larutan stabil.

Pengukuran kemudian dilanjutkan kembali, dengan mencelupkan probe ke wadah

larutan pH2. Pencelupan kembali ke wadah pH2 ini bertujuan untuk mengetahui

waktu reversible. Pengukuran respon probe dilakukan hingga didapatkanlah tiga

siklus respon. Perubahan transimitansi yang terjadi diukur dengan Pasco Science

Workshop 750 Interface dengan mengamati waktu yang pengukuran dan cahaya

transmitansi yang tercatat.

HASIL PENELITIAN

Pengelupasan Cladding

13

Page 14: Makalah Optik

Pengelupasan cladding pada serat optic merupakan hal yang paling penting dan

paling menentukan kesensitifan dari sensor yang dibuat, oleh karena itu haruslah

dikerjakan dengan sangat hati-hati. Pengelupasan cladding pada probe sensor dimulai

dengan merendam probe ke dalam aseton selama ± 3 menit. Setelah cladding mulai

tampak terkelupas kemudian dibersihkan dengan menggunakan tisu kasar atau silet

hingga sisa cladding benar-benar hilang. Kesalahan dan ketidakhati-hatian dalam

proses ini dapat mengakibatkan patah atau rusaknya bagian probe maupun core yang

menyebabkan sinar tidak dapat menjalar pada serat optik. Pembuktian telah

terkelupasanya bagian cladding adalah dengan menjalarkan sinar laser atau sinar

polikromatik pada serat optik. Jika sudah terkelupas dengan sempurna maka akan

tampak berkas -berkas cahaya yang keluar pada bagian probe sebagai hamburan sinar

yang dijalarkan.

Pembuatan dan Pelapisan Gel

Gel yang digunakan dalam penelitian ini adalah mengunakan hidrogel TEOS

(Tetraethyl Ortho Silicate). Awalnya TEOS berbentuk cairan, setelah dicampur bahan

lain dan didiamkan selama beberapa menit maka terbentuklah larutan gel. Gel ini

kemudian dicampurkan dengan dye sebagai bahan pengisi matriks yang sensitif

terhadap perubahan pH dan diaduk dengan magnetic stirrer selama 5 menit, 600C.

Lama waktu pengadukan dan besar suhu yang diperlukan untuk mengaduk memiliki

14

Page 15: Makalah Optik

peran penting dalam membentuk larutan gel. Larutan gel jika dipanaskan dan diaduk

lebih lama dari waktu ini maka dye akan mengeras dan menempel pada wadah

pengaduk. Jika diaduk dan dipanaskan kurang dari waktu ini maka lapisan gel yang

akan dilapisi pada probe akan mudah lepas. Setelah terbentuk larutan gel, barulah

ditumbuhkan pada kaca preparat dan serat optik dengan teknik dipcoating hingga

terlapisi merata. Setelah terlapisi sempurna, barulah didiamkan selama 3 hari pada

suhu dan tekanan ruang. Khusus untuk kaca preparat, setelah 3 hari dibiarkan dalam

suhu dan tekanan ruang, kaca ini kemudian dipanaskan dengan oven pada suhu

1000C selama 4 jam dan dilanjutkan dengan suhu 1500C selama 1 jam agar gel pada

kaca menjadi keras dan merekat kuat ikatannya.

Karakteristik Gel pada Kaca Preparat yang Didoping Methly Violet

Gel yang telah dibuat dan dilapisi pada kaca preparat kemudian

dikarakterisasi dengan cara merendamkannya pada variasi larutan pH yaitu dari

larutan pH12 sampai pH1. Dari hasil pengukuran terlihat bahwa spektrum absorbansi

yang terukur mengalami penurunan dengan semakin asamnya larutan yang diberikan.

Perubahan spektrum absorbansi ini tidak merubah panjang gelombang puncak

absorbansi dari setiap pengukurannya. Puncak panjang gelombang absorbansi yang

terukur ini dapat dijadikan sebagai panjang gelombang daerah sensitif untuk analisis

suatu pH larutan. Dari hasil karakterisasi ini terlihat bahwa untuk setiap pengukuran

variasi larutan pH akan tampak suatu panjang gelombang puncak yaitu pada panjang

gelombang 544.27 nm. Jika dari hasil karakterisasi ini difokuskan pada satu panjang

gelombang puncak, yaitu pada 544.27 nm, maka akan terlihat bahwa gel yang dilapisi

pada kaca preparat memiliki tiga daerah sensitivitas, yaitu pada range pH1 hingga

pH4 kemudian pada range pH5 hingga pH8 dan range pH9 hingga pH12.

Hasil karakterisasi ini menunjukkan bahwa absorbansi gel pada kaca preparat

yang telah didoping dye mengalami penurunan pada pengukuran variasi larutan pH

yang semakin asam (pH4 hingga pH1) dan sebaliknya pada pengukuran larutan pH

yang semakin basa (pH9 hingga pH12) mengalami kenaikkan absorbansi. Hal ini

15

Page 16: Makalah Optik

disebabkan karena dye methyl violet merupakan dye yang sensitif pada asam tinggi,

yaitu pada range pH 0-1, sehingga ketika dikarakterisasi pada larutan pH yang

semakin asam, warna dye yang melekat pada kaca preparat akan berubah warna

menjadi kuning cerah. Perubahan warna dye menjadi kuning cerah inilah yang

menyebabkan kaca preparat memiliki absorbansi yang menurun akibat sedikitnya

cahaya yang terserap dan semakin banyaknya yang diteruskan. Sebaliknya saat

dikarakterisasi pada larutan pH yang semakin basa, warna dye menjadi semakin biru

(sesuai dengan warna asal dye) sehingga absorbansinya menjadi semakin meningkat.

Berbeda untuk pengukuran pada kisaran larutan pH netral yaitu dimulai dari pH5

hingga pH8. Pada variasi pH ini, absorbansi mengalami penurunan. Jadi, dari hasil

karakterisasi pengukuran pada kaca preparat dapat diketahui bahwa terdapat dua

daerah linieritas yang tinggi dan dapat dijadikan daerah yang sensitive terhadap

pengukuran larutan pH, yaitu pada pengukuran larutan pH1 hingga pH4 dan larutan

pH9 hingga pH12.

Karakteristik Absorbansi Probe Sensor terhadap Variasi pH

Pada penelitian ini digunakanlah probe sensor dari serat optik plastik 960/1000 μm

yang telah dikelupas bagian cladding dan telah dilapisi dengan gel yang didoping dye

methly violet. Probe yang berbentuk lurus dan telah dikeringkan selama 3 hari,

kemudian dikarakterisasi dengan USB2000 VIS-NIR Spektrophotometer.

Karakterisasi dilakukan dengan cara mencelupkan probe ke dalam variasi larutan pH

dan diukur pada larutan yang timbal-balik yaitu dari pengukuran pH12 hingga pH8

kemudian pengukuran dibalik (pH8 hingga pH12); lalu pengukuran pH7 hingga pH4

dan pengukuran dibalik kembali (pH4 hingga pH7); dan terakhir pengukuran pH3

hingga pH1 dan kebalikannya. Tujuan pembalikkan dan pembagian dalam tiga

pengukuran larutan pH yang berbeda ini adalah agar mendapatkan informasi yang

akurat terhadap pengukuran sensor yang dibuat.

Probe sensor pada penelitian ini dibuat dengan bentuk lurus. Probe berbentuk

ini mengalami dua kali absorbsi cahaya, yaitu absorbsi pertama saat melewati probe

16

Page 17: Makalah Optik

dan absorbsi kedua saat melewati probe setelah terpantulkan oleh reflektor. Nilai

absorbansi yang diterima detektor untuk probe berbentuk ini merupakan hasil dari

dua kali absorsi cahaya yang melewati probe sensor. Spektrum absorbansi yang

terukur mengalami penurunan dengan semakin asamnya larutan yang diberikan dan

sebaliknya spektrum absorbansi probe meningkat dengan semakin basa larutan yang

diberikan. Dapat diketahui pula bahwa untuk setiap pengukuran larutan pH yang

bervariasi muncul panjang gelombang puncak yang sama yaitu pada 580.06 nm.

Panjang gelombang puncak ini mencerminkan nilai absorbansi maksimum. Nilai

panjang gelombang puncak yang terukur pada probe berbeda dengan nilai panjang

gelombang puncak pada kaca preparat namun masih dalam satu range panjang

gelombang yang sama yaitu antara 500 nm samapi 600 nm. Hal ini disebabkan karena

bahan tempat melapisi gel adalah berbeda yaitu serat optik plastik dan kaca preparat.

Absorbansi yang difokuskan pada panjang gelombang puncak hasil karakterisasi

probe, yaitu pada panjang gelombang 580.08 nm. Terdapat tiga daerah sensitif dan

linier untuk setiap pengukuran variasi larutan pH yang semakin asam. Daerah

tersebut yaitu daerah linier 1 untuk pengukuran pH12 hingga pH8, daerah linier 2

untuk pengukuran pH8 hingga pH4, dan daerah linier 3 untuk pengukuran pH4

hingga pH1.

Ketiga daerah linier ini memiliki penurunan absorbansi yang berbeda-beda.

Untuk daerah linier 2 terjadi penurunan absorbansi yang sangatlah kecil sedangkan

pada daerah linier 3 terjadi penurunan absorbansi yang lebih besar daripada daerah

linier 1. Untuk kedua daerah linier ini, yaitu daerah linier 3 dan daerah linier 1,

dapatlah dijadikan daerah sensivitas sensor karena memiliki linieritas yang tinggi.

Juga terdapat dua daerah sensitif dan linier untuk setiap pengukuran variasi larutan

pH yang semakin basa, yaitu daerah linier 1 untuk variasi pengukuran pH4 hingga

pH8, dan daerah linier 2 untuk variasi pengukuran pH8 hingga pH12. Untuk

pengukuran variasi pH1 hingga pH4. Pada saat dikarakterisasi pada pH yang sangat

asam, pH1, cladding yang dilapisi pada core menjadi lepas dan rusak, sehingga

pengukuran setelah larutan pH1 menghasilkan data dengan nilai absorbansi yang

17

Page 18: Makalah Optik

negatif. Terjadi kenaikan absorbansi ketika dilakukan pengukuran dengan variasipH

yang semakin basa. Hal ini terjadi pada daerah linier 2.

Dari hasil analisis dapat disimpulkan bahwa probe ini memiliki dua daerah

sensitif dan linier untuk pengukuran-pengukuran mulai dari pH2 hingga pH4 dan pH8

hingga pH12. Kurva histerisi spektum absorbansi memperlihatkan besarnya

keakuratan pengukuran terhadap variasi larutan pH yang diukur. Kurva histerisi ini

didapat dengan teknik pengukuran seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Dari

kurva diketahui bahwa terdapat ketidakakuratan yang sangat besar pada pengukuran

pH5, pH8 dan pH11. Hal ini ditandai dengan besarnya selang kurva histerisis pada

grafik untuk pengukuran pH tersebut. Ketidakakuratan ini disebabkan karena probe

ketika diukur pada pH ini larutan telah terkontaminasi dengan larutan pH

sebelumnya. Perubahan absorbansi pada probe ketika pengukuran variasi larutan pH,

disebabkan karena methly violet yang didoping pada probe mengalami perubahan

warna akibat perubahan pH.

Methly violet adalah indikator pH yang merupakan asam organic lemah.

Seandainya methly violet diberi simbol Hin maka ketika probe dicelupkan dalam

larutan pH, methly violet ini akan mengion dan terjadi pergeseran keseimbangan

yang letak keseimbangannya tergantung dari pH lingkungannya.

HIn « H+ + In-

WarnaA WarnaB

Pada pH1, pengionan akan tertekan oleh ionion H+ dalam larutan asam

sehingga lebih banyak molekul Hin yang terdapat dalam larutan daripada ion In-.

Oleh karena itu warna methly violet lebih banyak ditentukan oleh warna molekul

(warna A) daripada warna ion (warna B). Ketika larutan diubah menjadi pH2 maka

warna molekul tetap mendominasi namun berkurang daripada saat pengujian pH1

sementara warna ion bertambah. Kondisi ini akan merubah absorbansi dari methly

violet. Perubahan indeks bias akibat perubahan warna pada cladding menyebabkan

sebagian energi cahaya yang dijalarkan, diserap oleh cladding dan keluar dari probe

dengan besar energi yang diteruskan menurun secara eksponensial. Penyerapan

18

Page 19: Makalah Optik

cahaya yang disebabkan oleh perubahan indeks bias cladding berpengaruh terhadap

besarnya intensitas cahaya yang ditransmisikan secara tidak langsung diakibatkan

oleh perubahan pH larutan tersebut. Energi cahaya yang diserap oleh cladding

dinamakan gelombang Evanescent, perubahan gelombang inilah yang menjadi tolak

ukur adanya perubahan pH larutan.

Respon Probe Sensor

Hasil pengukuran memperlihatkan bahwa probe memiliki waktu respon yang

cepat. Didapat bahwa ketika transmitansi yang terukur stabil pada larutan pH2 dan

kemudian tiba-tiba dicelupkan ke larutan pH10 maka terlihat penurunan yang drastic

pada besar transmitansi yang terukur. Waktu yang dibutuhkan probe untuk stabil pada

perubahahan kondisi ini disebut waktu respone dan besar waktu respone ini adalah

selama 90 detik. Setelah probe mencapai titik jenuh pada kondisi ini, maka probe

dipindahkan kembali kedalam larutan pH2. Waktu yang dibutuhkan probe untuk ke

kondisi awalnya ini disebut dengan waktu recovery. Besar waktu recovery untuk

kondisi ini adalah 40 detik.

Perubahan pH yang drastic menyebabkan probe membutuhkan waktu yang

cukup lama untuk merespon perubahan tersebut secara sempurna. Dari hasil

pengukuran ini dapat diketahui bahwa probe serat optik yang telah dikelupas bagian

cladding dan didoping dye methly violet memiliki waktu respon dan waktu balik

(recovery time) yang hampir sama untuk pengukuran larutan pH rendah ke pH tinggi

(pH2 hingga pH10) dan pengukuran sebaliknya (pH10 hingga pH2), yaitu selam 40-

50 detik.

19

Page 20: Makalah Optik

BAB IV

PENUTUP

Kesimpulan

Sensor pH berbasis serat optik plastic dibuat dengan menggunakan larutan gel

yang didoping dye methly violet sebagai sensing coating (pengganti cladding) pada

bagian probe sensor melalui fenomena absorbs gelombang evanescent. Probe sensor

menghasilkan karakteritik absorbansi yang quasilinier terhadap variasi pengukuran

larutan pH8 hingga pH12 dan larutan pH2 hingga pH4.

Semakin asam pH suatu larutan yang diukur maka absorbansinya akan

semakin menurun dan sebaliknya semakin basa pH larutan yang diukur maka akan

semakin meningkat absorbansinya. Absorbansi optik yang dihasilkan dianalisis pada

rentang panjang gelombang cahaya tampak namun perubahan absorbansi yang

signifikan terjadi pada rentang panjang gelombang antara 450 nm sampai 650 nm.

Panjang gelombang dengan absorbansi maksimum terjadi pada panjang gelombang

580.08nm. Waktu respon dan waktu balik probe sensor yang telah dibuat memiliki

waktu responsibilitas yang sama yaitu selama 300 detik.

Saran

Penelitian ini dapat dikembangkan lebih lanjut yaitu dengan menggunakan

prosedur yang sama namun menggunakan dye yang berbeda. Dan dapat pula

dikembangkan dengan membuat rancangan alat pengukuran larutan pH yang telah

terintegrasi dengan rangkaian elektronika sensor cahaya dan ditampilkan dengan

sevent segment.

20