APLIKASI DETEKTOR FOTOAKUSTIK BERBASIS LASER CO 2 DALAM PENGUKURAN KONSENTRASI GAS ETILEN SECARA REAL TIME

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

APLIKASI DETEKTOR FOTOAKUSTIK BERBASIS LASER CO2 DALAM PENGUKURAN KONSENTRASI GAS ETILEN SECARA REAL – TIME

Skripsi

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains Jurusan Fisika

Disusun Oleh: Laurensia Trimeta Platini NIM : 053214002

PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2010


THE APLICATION OF CO2 LASER – BASED PHOTOACOUSTIC DETECTOR IN THE REAL – TIME MEASUREMENT OF ETHYLENE GAS CONCENTRATION

A THESIS

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain The Sarjana Science In Physics Department

by : Laurensia Trimeta Platini NIM : 053214002

PHYSICS STUDY PROGRAM PHYSICS DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2010

ii




“ Trimalah didikanku, lebih dari pada perak dan pengetahuan lebih dari pada emas pilihan “ (Amsal 8:10)

“ Sukses tidak diukur dari posisi yang dicapai seseorang dalam hidup, tapi dari kesulitan – kesulitan yang berhasil diatasi ketika berusaha meraih sukses” (Booker T Washington)

“ Segala sesuatu yang awalnya sulit akan terasa mudah bila kita selalu berfikir positif, berusaha dan selalu tersenyum dalam menghadapinya” v


Kupersembahkan karya ini kepada :

Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai setiap langkah hidupku dan selalu mendengarkan permohonanku. Bunda Maria penolongku. Kedua orang tua, dan saudaraku tercinta Universitas Sanata Dharma almamaterku.

vi




INTISARI APLIKASI DETEKTOR FOTOAKUSTIK BERBASIS LASER CO2 DALAM PENGUKURAN KONSENTRASI GAS ETILEN SECARA REAL – TIME Detektor fotoakustik merupakan alat untuk mengukur konsentrasi gas dari berbagai sampel. Detektor tersebut bekerja bila terjadi penyerapan energi laser oleh gas di dalam sel fotoakustik yang dapat menimbulkan bunyi. Detektor tersebut mampu mengukur konsentrasi gas dengan waktu tanggap cepat, sensitif, selektif, dan tidak mengganggu sampel. Dalam penelitian ini, telah dilakukan aplikasi detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dalam pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel secara real – time. Aplikasi detektor dalam pengukuran secara real – time, mengakibatkan proses perubahan produksi gas etilen dari sampel dapat diketahui setiap waktu. Pada penelitian ini, buah apel fuji diusahakan agar tidak memproduksi gas etilen lagi. Usaha tersebut dilakukan dengan cara mengurangi kandungan Oksigen dari 20% menjadi 10% dalam total campuran gas pada lingkungan penyimpanan, bahkan menghilangkan gas Oksigen pada lingkungan penyimpanan. Dengan diketahuinya proses perubahan produksi gas etilen setiap waktu pada masing – masing lingkungan penyimpanan, dapat diketahui bahwa Gas Oksigen berpengaruh pada produksi gas etilen. Pada penelitian ini, gas etilen paling banyak dihasilkan pada lingkungan penyimpanan yang mengandung 20% Oksigen. Sedangkan, setelah dilakukan pengukuran konsentrasi gas secara real – time selama 5 jam 45 menit pada lingkungan penyimpanan tanpa Oksigen, gas etilen tidak diproduksi lagi.

ix


ABSTRACT

THE APLICATION OF CO2 LASER – BASED PHOTOACOUSTIC DETECTOR IN THE REAL – TIME MEASUREMENT OF ETHYLENE GAS CONCENTRATION

Photoacoustic detector is a device to measure gas concentration of various samples. The detector works when gas absorbs laser energy in the photoacoustic cell which causes sound. The detector is able to measure gas concentration quickly, sensitively and selectively without affecting the samples. In this research, the application of CO2 laser-based photoacoustic detector in the real – time measurement of ethylene gas concentration was conducted to several samples. By the application of detector in the real – time measurement, the process of an ethylene gas production can be known every time. In this research, measurement tries to eliminate ethylene production of Fuji apple. An effort was conducted to reduce Oxygen content from 20% to 10% out of the gases intervened in the process. Even, it was desired to completely eliminate the Oxygen in the storage environment. By knowing the change of ethylene production of each time in each storing environment, it was found out that Oxygen influences ethylene production. In the research, ethylene gas is mostly produced in the storage environment containing 20% of Oxygen. Meanwhile, after the real – time gas concentration measurement was conducted for 5 hours 45 minutes in the storage environment without Oxygen, ethylene gas was not produced anymore.

x


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus atas rahmat, kasih, karunia serta penyertaan-Nya yang diberikan kepada penulis selama

penyusunan

FOTOAKUSTIK

skripsi

BERBASIS

yang

berjudul

LASER

CO2

“APLIKASI DALAM

DETEKTOR

PENGUKURAN

KONSENTRASI GAS ETILEN SECARA REAL – TIME”. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains di Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik karena adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bunda Maria yang telah mendengarkan segala doa dan permohonan penulis. 2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Bapak Dr.Ign.Edi Santosa, M.S selaku dosen pembimbing akademik, dosen pembimbing skripsi dan dosen penguji, yang dengan penuh kesabarannya telah membimbing, membantu, menyemangati serta meluangkan waktunya kepada penulis selama perkuliahan, penelitian dan proses penulisan skripsi ini.

xi


4. Ir.Sri Agustini Sulandari, M.Si selaku ketua program studi Fisika dan dosen penguji, yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk menguji dan memberikan masukan yang berharga bagi penulis 5. A. Prasetyadi, S.Si, M.Si. selaku dosen penguji yang telah meluangkan waktu untuk menguji dan memberikan saran bagi penulis. 6. Drs. Vet. Asan Damanik, M.Si, Dwi Nugraheni Rositawati, M.Si dan segenap Dosen prodi Fisika, FST Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan membagikan ilmunya kepada penulis selama ini. 7. Segenap karyawan FST Universitas Sanata Dharma yang telah membantu selama masa studi. Para laboran, Bapak Sugito, Mas Ngadiono dan Mas Bima yang telah banyak membantu penulis selama penelitian. 8. Ayahku, Antonius Pulunggono dan ibuku, Maria Suwartini, yang sabar membimbing, memberikan dukungan, doa dan kasih sayangnya kepada penulis. 9. Stefanus Kristianto Cahyo Purwanto, Benedictus Nugroho Dwi Handoko, Nikolas Catur Pandoyo dan Eduwardus Cahyo Bintoro selaku saudara kandung, yang selalu memberikan doa, semangat dan dukungannya kepada penulis. 10. Eyang Heronimus Tamjiz dan Emma Sri Kartijah Djojosupotro, Yustinus Jumino dan Anastasia Sogiyem Kartopawiro, yang selalu mendoakan dan memberikan motivasi kepada penulis. 11. Tante M. Supiyati yang telah banyak membantu, memberikan motivasi dan mendampingi penulis selama penulisan skripsi ini.

xii


12. Fransiskus Asisi Oktora Dwi Haryanto, Fransiska Yeni Anggarini, dan Lulu Qiuntriani Jisura, yang senantiasa mewarnai angkatan 2005, memberikan motivasi dan masukannya kepada penulis. 13. Rekan penelitianku Fransiska Endang Kinasih dan Katarina Watini, atas segala bantuan dan kerjasamanya. 14. Teman-teman Fisika angkatan 2002 dan angkatan 2004, yang senantiasa membantu serta menguatkan penulis. 15. Brigita Leny Dwi Astuti dan Fransiska Sri Puji Astuti yang selalu berjuang bersama, memotivasi dan mendengarkan curahan hati penulis dengan sabar. 16. Teman-teman kos yang selama ini telah memberikan doa, dukungan dan bantuan baik moral maupun spriritual kepada penulis terutama dalam menyelesaikan skripsi ini. 17. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah banyak membantu selama penulis menyelesaikan studi. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca dan memberikan sedikit sumbangan buat Ilmu Pengetahuan.

Yogyakarta, 30 Desember 2009

Penulis

xiii


DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ........................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .................................................. iii HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iv HALAMAN MOTTO .......................................................................................... v HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................

vi

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................ vii LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ……………………………………. viii INTISARI ........................................................................................................... ix ABSTRACT ......................................................................................................... x KATA PENGANTAR………………………………………………………….. xi DAFTAR ISI ………………………………………………………………...... xiv DAFTAR TABEL ……………………………………………………….......... xvii DAFTAR GAMBAR ……………………………………………..…...…..... xviii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ……………………………………………………… 1 1.2. Rumusan Masalah...…………………………………………………. 3 1.3. Batasan Masalah…………………………………………………….. 4 1.4. Tujuan Penelitian……………………………………………………. 4 1.5. Manfaat Penelitian………………………………………………….. 4 1.6. Sistematika Penulisan……………………………………………….. 5

xiv


BAB II DASAR TEORI 2.1. Teori Atom…………………………………………………………. 6 2.2. Teori Molekul…………..…………………………………………..

7

2.3. Detektor Fotoakustik Berbasis Laser …..……………………….….

8

2.3.1.Laser CO2 …………………………………………………..... 9 2.3.2.Sel Fotoakustik ……………………..………………………... 11 BAB III EKSPERIMEN 3.1. Tempat Penelitian………………………...………………………… 15 3.2. Alat dan Bahan……..……………………………….……………..

15

3.2.1. Alat – Alat …………………………………………..………. 15 3.2.2. Bahan …...……………………….…………………………... 16 3.3. Bagian – bagian dalam Detektor Fotoakustik berbasis Laser CO2 .. 17 3.3.1 Laser CO2….………………………………………………... 18 3.3.2 Sel Fotoakustik ………………………………………...….... 20 3.3.3 Lock – in amplifier ………………………………..………… 20 3.4. Pengoprasian Alat………………..………………………………… 21 3.4.1. Pengukuran Daya Laser………..…………………………..… 21 3.4.2. Kalibrasi………………..………………..…………………… 21 3.4.3. Pengukuran Konsentrasi gas etilen...……………..………….. 22 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil…………………………..…………………………………… 27 4.1.1. Pengukuran Daya Laser………………...…………………… 27 4.1.2. Kalibrasi ……………………...………..…………………… 28

xv


4.1.3. Pengukuran Konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel ..

31

4.2. Pembahasan ………………………...……………………………... 37 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan….……......………………………..…………………... 54 5.2. Saran……......………………………………………………..……... 55 DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………….…... 56 LAMPIRAN …………………………………………………………………... 57

xvi


DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1: Data sinyal ternomalisir yang diukur untuk menentukan letak garis laser pada serapan etilen ………………..…………...….... 57 Tabel 2: Data konsentrasi gas etilen standar 1 ppm yang diukur saat kalibrasi... 58

Tabel 3: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi buah apel fuji………………………….……………………………….. 59 Tabel 4: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi buah pisang kepok……………………………………………………... 60 Tabel 5: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi kecambah kacang hijau …………………………...………...………... 61

xvii


DAFTAR GAMBAR halaman Gambar 2.1

Model Atom Bohr.........................................................…........... 7

Gambar 2.2

Proses Eksitasi ..………………………………………..…........... 7

Gambar 2.3

Proses Deeksitasi ........................................................................... 7

Gambar 2.4

Sketsa Tingkat Energi Molekul : tingkat energi elektronik, tingkat energi vibrasi dan tingkat energi rotasi ............................. 8

Gambar 2.5

Komponen utama pada detektor fotoakustik …………..………. 8

Gambar 2.6

Komponen Laser ......................................................................... 10

Gambar 3.1

Detektor Fotoakustik dengan Laser CO2 yang digunakan dalam penelitian …………………………………….………….. 15

Gambar 3.2

Bagian – bagian dalam detektor fotoakustik yang digunakan ……………....................................................... 17

Gambar 3.3

Rangkaian alat saat kalibrasi .…………………………….…… 22

Gambar 3.4

Rangkaian alat pada pengukuran konsentasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2 …….... 23

Gambar 3.5

Rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan campuran yang mengandung 10% O2………………........……………………… 24

Gambar 3.6

Rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan tanpa Oksigen (0% O2)... 24

Gambar 4.1

Grafik hubungan daya laser [au] terhadap posisi steppermotor Pada arus 10,75 mA ………………………….…………...…… 27

Gambar 4.2

Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas udara .………. 28

Gambar 4.3

Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm .............…………………………………………………... 29

xviii


Gambar 4.4

Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm …………………………………………………….…….. 30

Gambar 4.5

Grafik hubungan konsentrasi [ppb] terhadap waktu [jam] untuk gas etilen 1 ppm yang dialirkan.……………...…….....…. 31

Gambar 4.6

Grafik hubungan konsentrasi gas etilen [ppb] yang diproduksi apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau terhadap waktu [jam] pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2 ......................……........................................................... 33

Gambar 4.7

Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2, yang diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 10% O2 …………….................... 35

Gambar 4.8

Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2 yang diubah menjadi lingkungan 0% O2…......................................................................................

xix

36


BAB I PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang Suatu pengukuran dikatakan ideal bila tidak mengubah kondisi sampel

yang diukur. Pengubahan kondisi sampel akan menyebabkan perubahan nilai besaran yang diukur dari nilai sebenarnya [Doebelin,1992]. Munculnya gangguan pada instrumen dan masukan yang mengganggu saat pengukuran, dapat membuat hasil pengukuran tidak akurat. Untuk menghindari hal tersebut, gangguan harus dieliminasi [Doebelin,1992]. Pengukuran yang ideal membutuhkan instrumen yang memenuhi beberapa persyaratan antara lain : sensitif, selektif, tidak mengganggu sampel yang diukur, dan waktu tanggap cepat. Buah adalah salah satu komoditi ekspor – impor. Pada umumnya buah diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% Oksigen. Pada lingkungan tersebut, buah akan terus mengalami pematangan. Pada proses pematangan, buah akan memproduksi gas etilen untuk setiap waktunya. Emisi etilen merupakan tanda masaknya buah [Santosa,2008]. Bila buah akan melalui proses pendistribusian dalam waktu yang lama, produksi gas etilen oleh buah harus dihambat agar tidak diproduksi lagi. Produksi gas etilen dipengaruhi oleh gas yang digunakan pada lingkungan tersebut. Untuk dapat menghambat produksi gas etilen, pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah perlu dilakukan pada beberapa lingkungan penyimpanan dengan

1

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI 2

kandungan gas yang berbeda. Pada beberapa lingkungan penyimpanan tersebut, gas etilen yang diproduksi buah, diamati proses perubahan produksinya dan diukur konsentrasinya. Bila buah berada pada lingkungan penyimpanan dengan kandungan gas yang dapat menghambat produksi gas etilen, konsentrasi gas etilen yang dihasilkan akan berkonsentrasi kecil. Pada proses perubahan produksi, gas etilen yang dihasilkan berubah – ubah setiap waktunya. Untuk itu, dibutuhkan alat yang memiliki waktu tanggap cepat, sensitif, selektif, tidak mengganggu buah dan dapat digunakan secara real – time. Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah dapat dilakukan dengan menggunakan Gas Chromatograpy (GC). Namun, GC memiliki waktu tanggap yang lama. Hal tersebut mengakibatkan pengukuran konsentrasi gas etilen secara real - time tidak dapat dilakukan. GC kurang sensitif untuk mengukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah. Bila diukur dengan menggunakan GC, gas etilen tersebut harus dikumpulkan terlebih dahulu. Pengumpulan gas etilen tersebut dapat mengakibatkan kondisi buah dan lingkungan penyimpanan buah tersebut berubah. Selain kromatografi gas, ada sistem lain yang lebih baik untuk mengukur konsentrasi gas etilen dari buah, yaitu detektor fotoakustik berbasis laser CO2. Detektor ini mampu mengukur lebih dari satu macam gas secara serempak, sensitif dan selektif. Detektor ini mempunyai waktu tanggap cepat dan langsung terhubung dengan tempat dimana buah penghasil gas yang diukur berada. Detektor ini dapat digunakan dalam pengukuran secara real - time [Santosa,2008]. Detektor ini dapat digunakan untuk mengetahui adanya proses perubahan


produksi gas etilen, agar dapat dilakukan penghambatan produksi gas etilen yang dihasilkan buah. Detektor ini mampu melakukan pengukuran konsentrasi gas etilen, tanpa mengubah kondisi buah dan lingkungan penyimpanan buah yang digunakan. Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2. Buah tersebut diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan dengan kandungan gas yang berbeda. Dengan digunakannya detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dalam pengukuran konsentrasi gas etilen, diharapkan dapat menunjukkan adanya proses perubahan produksi gas etilen, agar dapat dilakukan penghambatan produksi gas etilen yang dihasilkan buah. Meskipun pengukuran konsentrasi gas etilen dilakukan dalam waktu yang lama, kondisi buah dan lingkungan penyimpanan buah yang digunakan, diharapkan tidak berubah.

1.2.

Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan diatas, permasalahan

yang diangkat dalam skripsi ini meliputi : 1. Bagaimana menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dalam pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel secara real – time. 2. Bagaimana cara mengetahui proses perubahan produksi gas etilen setiap waktu, agar dapat dilakukan penghambatan produksi gas etilen yang dihasilkan buah.


1.3.

Batasan Masalah Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel secara real –

time dilakukan menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2 yang ada di Laboratorium Analisa Kimia Fisika Pusat, Universitas Sanata Dharma. Untuk membedakan lingkungan penyimpanan yang digunakan, kandungan Oksigen dalam lingkungan penyimpanan divariasikan menjadi lingkungan campuran yang mengandung 20% O2, 10% O2, dan 0% O2.

1.4.

Tujuan Penelitian

1. Mengaplikasikan

detektor

fotoakustik

berbasis

laser

CO2

dalam

pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel secara real – time. 2. Mengetahui proses perubahan produksi gas etilen yang diproduksi buah setiap waktu, agar dapat dilakukan penghambatan produksi gas etilen yang dihasilkan buah.

1.5.

Manfaat Penelitian

1. Memberikan informasi tentang penggunaan detektor fotoakustik berbasis laser CO2 pada pengukuran secara real time. 2. Memberikan informasi bahwa pengukuran konsentrasi gas etilen secara real – time dapat dimanfaatkan untuk mengusahakan penghambatan produksi gas etilen yang dihasilkan buah.


1.6.

Sistematika Penulisan Penelitian ini akan dituliskan dengan sistematika sebagai berikut:

BAB I

Pendahuluan Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah dan batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II

Dasar Teori Bab ini menguraikan tentang teori atom, teori molekul dan detektor fotoakustik berbasis laser

BAB III Eksperimen Bab ini menguraikan tentang tempat pelaksanaan, alat dan bahan yang digunakan, bagian – bagian dalam Detektor Fotoakustik berbasis Laser CO2, pengoprasian alat dengan cara pengukuran daya laser, kalibrasi dan pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel pada variasi lingkungan penyimpanan yang berbeda. BAB IV

Hasil dan Pembahasan Bab ini menguraikan tentang hasil dan pembahasan dari eksperimen yang dilakukan.

BAB V

Penutup Bab ini berisi kesimpulan dan saran.


BAB II DASAR TEORI

2.1.1. Teori Atom Pada tahun 1913, Niels Bohr mengemukakan bahwa atom ternyata mirip sistem planet mini [Krane,1992]. Elektron dengan massa m bergerak dalam tingkat energi berbentuk lingkaran dengan jari-jari r, dan kecepatan v mengelilingi inti atom bermuatan positif, tampak pada Gambar 2.1. Elektron tersebut dapat berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi yang lain. Perpindahan elektron dari tingkat energi yang rendah E0 ke tingkat energi yang lebih tinggi E1, tampak pada Gambar 2.2. Perpindahan tersebut dinamakan eksitasi. Untuk melakukan eksitasi, elektron membutuhkan energi dari luar yang sesuai dengan energi transisi dari kedua tingkat energi tersebut. Pada proses eksitasi tersebut terjadi proses penyerapan energi oleh elektron. Energi tersebut akan diserap oleh elektron untuk berpindah dari tingkat energi E0 ke tingkat energi E1. Selisih dari kedua tingkat energi ΔE, mengikuti persamaan 2.1.

ΔE = E1 − E 0

(2.1)

Perpindahan elektron dari tingkat energi yang tinggi E1 ke tingkat energi yang lebih rendah E0 dinamakan deeksitasi. Perpindahan tersebut tampak pada Gambar 2.3. Pada proses deeksitasi, elektron akan memancarkan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan tenaga h . Elektron yang berada pada tingkat energi E1 akan kehilangan energi dan akan berpindah ke tingkat energi yang

lebih

rendah

E0.

Proses

deeksitasi 6

mengikuti

persamaan

2.2.


E1 − E 0 = hυ

(2.2)

dengan : E1 merupakan tingkat energi tinggi E0 merupakan tingkat energi rendah h merupakan tetapan Planck yang besarnya 6,63.10-34 J.s υ merupakan frekuensi gelombang elektromagnetik

Gambar 2.1. Model atom Bohr

Gambar 2.2. Proses eksitasi

Gambar 2.3. Proses deeksitasi

2.1.2. Teori Molekul Molekul adalah kumpulan atom – atom yang saling mengikat sehingga bergabung menjadi satu. Molekul dapat menyerap dan memancarkan energi seperti pada sebuah atom [Krane, 1992]. Penyerapan dan pemancaran energi pada sebuah molekul dapat terjadi pada tiap – tiap tingkat energi yang dimiliki molekul.

Molekul memiliki tiga jenis tingkat energi yaitu tingkat energi elektronik

tingkat energi vibrasional, dan tingkat energi rotasional. Dari masing-masing tingkat energi elektronik, ada beberapa tingkat energi vibrasi. Dari masing-masing tingkat energi vibrasi ada beberapa tingkat energi rotasi. Sketsa dari tiga jenis tingkat energi molekul tampak pada Gambar 2.4.


Gambar 2.4. Sketsa tingkat energi molekul : tingkat energi elektronik, tingkat energi vibrasi dan tingkat energi rotasi

2.1.3. Detektor Fotoakustik berbasis laser Efek Fotoakustik disebut juga optoakustik. Efek fotoakustik pertama kali ditemukan oleh Alexander Graham Bell pada tahun 1880 [Spike,2006]. Efek Fotoakustik pada dasarnya merupakan konversi cahaya menjadi gelombang bunyi. Detektor fotoakustik mengukur langsung intensitas cahaya yang diserap oleh sampel. Detektor fotoakustik mempunyai beberapa komponen penting, yaitu laser dan sel fotoakustik. Laser digunakan sebagai sumber cahaya. Pada sel fotoakustik terdapat resonator dan mikrofon. Komponen penting pada detektor fotoakustik, tampak pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Komponen utama pada detektor fotoakustik


Jika frekuensi laser disamakan dengan frekuensi transisi dari molekul yang berada di dalam sel fotoakustik, sebagian molekul dengan tingkat energi E0 akan dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi E1. Molekul-molekul dengan tingkat energi E1 kemudian akan melakukan proses deeksitasi dengan melepaskan energi eksitasinya. Proses deeksitasi dapat terjadi secara radiasi maupun non - radiasi. Apabila pelepasan energi eksitasi berlangsung secara non-radiasi, maka pada waktu bertumbukan molekul tersebut akan memberikan energi eksitasinya kepada molekul yang ditumbuknya. Oleh molekul yang ditumbuk, energi eksitasi tersebut digunakan sebagai energi translasi atau energi kinetik. Kenaikan energi kinetik tersebut akan menyebabkan kenaikan suhu dan tekanan. Apabila laser dimodulasi dengan chopper, tekanan dalam sel fotoakustik akan berubah secara periodik. Perubahan tekanan atau bunyi tersebut akan ditangkap dan diukur dengan menggunakan mikrofon. Keluaran dari mikrofon tersebut akan diperkuat oleh lock – in amplifier [Santosa,2008].

2.3.1. Laser CO2 Sumber cahaya yang digunakan pada detektor fotoakustik adalah laser. Digunakannya laser pada detektor fotoakustik karena laser memiliki intensitas spektral yang tinggi dan dapat ditala. Frekuensi laser dapat disamakan dengan frekuensi transisi molekul yang akan dideteksi. Salah satu jenis laser yang dapat digunakan pada detektor fotoakustik adalah laser CO2. Laser CO2 tersebut bekerja pada panjang gelombang 9μm - 11 μm . Detektor fotoakustik berbasis laser CO2 sangat sensitif untuk mengukur etilen dengan batas deteksi pada orde ppt (part per


trillion, 1:1012) [Santosa,2008]. Hal ini dikarenakan etilen mempunyai koefisien serapan yang sangat tinggi di daerah operasi laser tersebut. Laser CO2 merupakan laser yang terdiri dari beberapa komponen, yaitu : bahan aktif, power supply, dan resonator optis (Gambar 2.6). Resonator optis pada laser CO2 terdiri dari sebuah kisi dan sebuah cermin. Power supply digunakan untuk memberikan daya pada laser CO2. Pada bahan aktif terdapat 3 jenis gas yaitu gas CO2, gas N2 dan gas He. Gas CO2 adalah gas utama pembentuk laser CO2. Gas N2 dapat membantu menaikkan populasi pada tingkat atas. Sedangkan, gas He dapat membantu mengurangi populasi pada tingkat bawah [Laud,1988].

Gambar 2.6. Komponen Laser Syarat terjadinya laser adalah terjadinya proses pancaran terangsang. Pada kondisi normal, populasi molekul CO2 pada tingkat energi rendah lebih banyak daripada populasi molekul CO2 pada tingkat energi yang lebih tinggi. Agar terjadinya proses pancaran terangsang, kondisi inversi populasi harus terpenuhi (pers. 2.3), dimana jumlah populasi tingkat atas (N2) lebih banyak dari jumlah populasi tingkat bawah (N1). N 2 > N1

(2.3)

Untuk mencapai keadaan seperti pada pers.2.3, molekul CO2 aktif dipicu


untuk mencapai kondisi inversi populasi dengan memberikan energi pada molekul CO2 tersebut. Untuk mempertahankan kondisi inversi populasi pada molekul CO2, perlu dilakukan penguatan laser. Penguatan laser dapat dilakukan dengan cara meletakkan molekul CO2 tersebut diantara kisi dan cermin parsial. Kisi dan cermin parsial tersebut akan memantulkan cahaya kembali ke dalam molekul CO2, sehingga terjadi pancaran terangsang tambahan. Pantulan cahaya bolak-balik antara kisi dan cermin parsial tersebut akan merangsang molekul CO2 untuk melakukan deeksitasi dengan memancarkan energi yang sama. Pada cermin parsial, sebagian berkas akan dipantulkan, sebagian berkas lainnya akan keluar dari resonator optis melalui cermin tersebut. Berkas yang keluar tadi merupakan keluaran laser [Krane,1992].

2. 3.2. Sel fotoakustik

Sel fotoakustik yang ada pada detektor fotoakustik memiliki komponen

utama yaitu resonator dan mikrofon. Sel fotoakustik merupakan komponen yang berfungsi sebagai tempat konversi berkas cahaya laser menjadi bunyi yang akan ditangkap mikrofon. Dalam sel fotoakustik akan terjadi penyerapan tenaga laser oleh gas yang ada di dalamnya. Hal tersebut dapat mengakibatkan kenaikan suhu dan tekanan di dalam sel fotoakustik. Karena berkas laser dimodulasi, maka tekanannya akan berubah secara periodik. Perubahan tekanan secara periodik atau bunyi tersebut kemudian akan ditangkap mikrofon. Bunyi yang ditangkap oleh mikrofon tersebut terkait juga dengan daya laser, konsentrasi gas yang ada di


dalam d sel fotoakustik,, koefisien serapan dan konstantta sel fotooakustiknya [Santosa, 20 008]. Buny yi dengan paanjang gelom mbang λ dan n frekuensi f, memilikii kecepatan

sebesar υ , mengikuti m peersamaan 2.44 :

υ = λf

(2.4)

uk jenis gas dengan d masssa molar M pada suhu T yang ada di d dalam sel Untu fotoakustik, f memiliki kecepatan k bbunyi sebessar υ , menngikuti persaamaan 2.5 [Besson,20006] :

υ=

dengan d :

M

(2.5)

R merupakaan konstanta gas universal yang nilainya 8,3144 J/(mol K). γ

dimana d :

γRT

=

cp cv

cp = panas jenis gas padaa tekanan kon nstan = panas jenis gas padda volume koonstan

Dari persamaan 2.5, kecepaatan bunyi υ pada sel fotoakustik tergantung pada p jenis gas g yang adda di dalam m sel fotoaku ustik. Keceppatan bunyi dalam sel fotoakustik f t tersebut bernnilai tertentuu sesuai deng gan jenis gass yang digun nakan.

Padaa teknik fotoakustik, keeluaran darii mikrofon tergantung pada daya

laser, l koefissien serapan dan konsenntrasi gas. Jiika di dalam m sel fotoakuustik hanya terdapat t satu u jenis gas “g”, hubunngan antara keluaran miikrofon dan besaran – besaran b yangg lain, dinyaatakan dalam m persamaan 2.6. [Santossa,2008]: Sl = C CPl C g α gl

(2.6)


dengan : S l adalah sinyal keluaran mikrofon

l adalah jenis garis laser Pl adalah daya laser C adalah konstanta sel akustik C g adalah konsentrasi gas “g” yang berada dalam sel fotoakustik

α gl adalah koefisien serapan dari gas “g” pada garis laser jenis “l”

Dari persamaan 2.6 dapat diperoleh sinyal ternormalisir dengan daya laser, mengikuti persamaan 2.7 [Santosa,2008]:

(S / P )l

= CC g α gl

(2.7)

Nilai konsentrasi gas (Cg) dari persamaan 2.7, diperoleh dengan mengukur nilai sinyal keluaran mikrofon (S) dan daya laser (P). Persamaan 2.7, berlaku untuk satu nilai panjang gelombang laser. Dalam praktek, untuk menghindari gangguan serapan dari molekul lain, perlu dilakukan pengukuran untuk beberapa panjang gelombang laser. Apabila di dalam sel fotoakustik terdapat lebih dari satu jenis gas,maka masing-masing gas akan memberikan sumbangan pada sinyal keluaran dari mikrofon. Sinyal keluaran mikrofon ternormalisir total memenuhi persamaan 2.8 [Santosa,2008]: G

(S / P )l = ∑ (S / P )l g

G

= C ∑ C g α gl

(2.8)

g

dengan G adalah cacah komponen gas yang berada di dalam fotoakustik. Bila pengukuran menggunakan dua garis laser, maka sinyal keluaran


⎛S⎞ mikrofon ternormalisir untuk garis laser pertama ⎜ ⎟ , menggunakan ⎝ P ⎠l −1 ⎛S⎞ persamaan 2.9. Untuk garis laser kedua ⎜ ⎟ , menggunakan persamaan 2.10. ⎝ P ⎠ l −2

G G ⎛S⎞ ⎛S⎞ ⎜ ⎟ = ∑ ⎜ ⎟ = C ∑ C g α gl −1 ⎝ P ⎠ l −1 g ⎝ P ⎠ l −1 g

(2.9)

G G ⎛S⎞ ⎛S⎞ ⎜ ⎟ = ∑ ⎜ ⎟ = C ∑ C g α gl − 2 ⎝ P ⎠ l −2 g ⎝ P ⎠ l −2 g

(2.10)


BAB III EKSPERIMEN

3.1.1. Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Analisa Kimia Fisika Pusat, Kampus III Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.2.

Alat dan Bahan

3.2.1.1. Alat – alat Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : a. Detektor Fotoakustik berbasis Laser CO2, tampak pada gambar 3.1 :

Gambar 3.1. Detektor fotoakustik berbasis laser CO2 yang digunakan dalam penelitian Detektor fotoakustik berbasis Laser CO2 berfungsi sebagai alat ukur konsentrasi etilen.

15


b. Personal Computer (PC) PC berfungsi mencatat data dan mengendalikan proses pengukuran. c. Flow Controller Flow controller digunakan untuk mengatur aliran gas yang akan masuk pada cuvet dan detektor fotoakustik. d. Flowmeter digital Flowmeter digital berfungsi sebagai petunjuk besarnya aliran gas yang digunakan dalam penelitian. Pada flowmeter ini akan ditampilkan besarnya aliran gas yang digunakan dalam satuan ml/menit. e. Cuvet Cuvet berfungsi sebagai tempat sampel. Selain itu, cuvet juga berfungsi sebagai tempat terjadinya percampuran gas - gas yang akan digunakan sebagai lingkungan penyimpanan sampel.

3.2.2. Bahan Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut : a. buah apel Fuji RRC, pisang, dan kecambah Buah dan kecambah tersebut digunakan sebagai sampel penghasil gas etilen. b. Gas udara Gas tersebut berfungsi sebagai lingkungan penyimpanan sampel, medium pada sel fotoakustik dan sebagai pengencer gas etilen standar.


c. Gas O2 dan N2 Gas – gas tersebut berfungsi sebagai lingkungan penyimpanan sampel. Gas - gas tersebut diencerkan dan diatur kadungan gas Oksigennya. Pengubahan kandungan gas Oksigen tersebut dilakukan untuk menyelidiki pengaruh gas Oksigen terhadap produksi gas etilen yang dihasilkan. Dalam lingkungan penyimpanan yang digunakan, kandungan Gas O2 diubah menjadi: • 20% O2 dan 80% N2 • 10% O2 dan 90% N2 • 0% O2 dan 100% N2 d. Gas etilen 10 ppm Gas etilen tersebut diencerkan hingga menjadi 1 ppm dengan menggunakan gas udara. Gas tersebut digunakan saat kalibrasi.

3.3.

Bagian – bagian dalam Detektor Fotoakustik berbasis Laser CO2

Gambar 3.2. Bagian – bagian dalam detektor fotoakustik yang digunakan


Bagian – bagian dalam detektor fotoakustik berbasis laser CO2, tampak pada Gambar 3.2. Bagian – bagian dalam detektor tersebut antara lain : 3.3.1.

Laser CO2 Laser CO2 pada detektor fotoakustik yang digunakan dilengkapi dengan : a. Laser CO2 Laser CO2 pada Gambar 3.2 bagian 5 berfungsi sebagai sumber cahaya. Bahan aktif pada laser CO2 diletakkan dalam tabung sealedoff yaitu pada pipa bagian dalam. Bahan aktif tersebut diisi ke dalam

pipa bagian dalam kemudian ditutup. Pipa bagian luar pada tabung tersebut digunakan sebagai tempat air yang berasal dari saluran air kran yang berfungsi sebagai pendingin laser. Selama beroperasi, air tersebut terus menerus dialirkan dengan kecepatan dan tekanan tertentu. Pengaturan kecepatan dan tekanan tersebut bertujuan untuk menghindari kebocoran pada tabung laser. b. Powermeter Powermeter pada Gambar 3.2 bagian 1 digunakan sebagai pengukur keluaran daya yang dihasilkan oleh laser CO2. c. Piezo Piezo pada Gambar 3.2 bagian 2a berfungsi untuk mengatur panjang resonator optis. Pada pengaturan tersebut, piezo akan menggeser posisi cermin parsial yang ada di depannya. Dengan berubahnya posisi cermin tersebut maka panjang resonator optis akan berubah.


Pengubahan tersebut dilakukan untuk mengoptimalisasi kerja laser agar dihasilkan daya yang terbesar. d. Cermin parsial Cermin parsial pada Gambar 3.2 bagian 2b terletak tepat di depan piezo dan kedudukannya melekat dengan piezo. Sebagian berkas yang keluar dari cermin tersebut, merupakan keluaran laser. e. Diafragma Diafragma pada Gambar 3.2 bagian 3 digunakan untuk membantu memfokuskan sinar laser saat pelurusan laser. Diafragma yang digunakan pada detektor ini berjumlah 2 buah. f. Kisi Kisi pada Gambar 3.2 bagian 7 berperan dalam memantulkan cahaya laser dan berperan dalam memilih panjang gelombang laser. Hal tersebut dilakukan dengan cara mengubah kedudukan kisi dengan bantuan steppermotor. g. Steppermotor Steppermotor pada Gambar 3.2 bagian 8 berfungsi untuk menggerakkan kisi pada kedudukan yang sesuai sehingga panjang gelombang laser yang diinginkan dapat diperoleh. h. Chopper Chopper pada Gambar 3.2 bagian 6 berfungsi untuk memodulasi berkas laser agar tekanan pada sel fotoakustik berubah secara periodik.


i. Laser kontrol Laser kontrol pada Gambar 3.2 bagian 10 berfungsi untuk mengontrol kerja laser CO2. j. Power supply Power supply pada Gambar 3.2 bagian 11 digunakan untuk memberikan daya pada laser CO2.

3.3.2. Sel fotoakustik Sel fotoakustik pada detektor ini diletakkan di antara resonator optis. Oleh karena itu, detektor ini disebut detektor dengan sistem intrakavitas. Sistem intrakavitas diterapkan dalam detektor ini agar pada sel fotoakustik diperoleh daya laser tinggi. Di dalam sel fotoakustik terdapat mikrofon dan resonator. Mikrofon pada Gambar 3.2 bagian 4a berfungsi untuk menangkap bunyi yang diakibatkan oleh adanya penyerapan daya laser oleh gas di dalam sel fotoakustik. Resonator pada Gambar 3.2 bagian 4.b berfungsi sebagai tempat terjadinya resonansi bunyi.

3.3.3. Lock-in Amplifier Sinyal keluaran dari mikrofon diperkuat oleh lock – in amplifier. Lock-in Amplifier pada Gambar 3.2 bagian 9, pada dasarnya merupakan penapis (filter) yang dapat disamakan dengan frekuensi sinyal. Penapis yang demikian ini akan menolak kebanyakan derau yang tidak diinginkan


sehingga mampu mengukur sinyal yang sangat kecil dengan teliti walau sinyal tesebut diselubungi oleh derau / noise.

3.4.

Pengoprasian Alat

3.4.1. Pengukuran Daya Laser Sebelum detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dioperasikan pada pengukuran konsentrasi gas etilen, detektor tersebut harus dioptimalisasikan. Optimalisasi dilakukan dengan cara mengatur posisi kisi dan cermin yang digunakan. Optimalisasi tersebut dilakukan agar dihasilkan daya yang tinggi.

3.4.2. Kalibrasi Pada penelitian ini, gas yang diukur adalah gas etilen. Agar gas etilen dapat diukur dengan baik maka perlu dilakukan kalibrasi untuk gas etilen terlebih dahulu. Kalibrasi dilakukan dalam dua tahap yaitu : mengukur sinyal ternormalisir untuk mengetahui posisi garis laser pada serapan etilen dan pengukuran konsentrasi gas etilen standar. Pengukuran sinyal ternormalisir untuk mengetahui posisi garis laser pada serapan etilen dilakukan dengan menggunakan rangkaian alat pada Gambar 3.3. Pada rangkaian Gambar 3.3 tersebut, pada sel fotoakustik awalnya dialiri gas udara. Setelah mengalirkan gas tersebut, dilakukan pengukuran sinyal ternormalisir. Setelah itu, dilakukan pengukuran sinyal ternormalisir saat sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm. Pengaliran gas etilen 1 ppm pada sel fotoakustik, dilakukan dengan cara mengencerkan gas etilen 10 ppm hingga


menjadi 1 ppm dengan menggunakan gas udara. Pengaliran tersebut menggunakan rangkaian Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Rangkaian alat saat kalibrasi Dari hasil dua pengukuran di atas, akan dihasilkan grafik hubungan antara sinyal ternormalisir terhadap posisi steppermotor. Dengan membandingkan kedua grafik pengukuran tersebut, dapat diketahui letak garis laser 10P14 dan 10P16 yang digunakan dalam pengukuran konsentrasi gas etilen. Letak kedua garis laser tersebut dapat diketahui dengan cara mencari pertambahan sinyal ternormalisir yang berasal dari serapan gas etilen pada kedua grafik tersebut. Setelah diperoleh garis laser pada pengukuran etilen, dilakukanlah pengukuran konsentrasi gas etilen standar. Pengukuran tersebut disajikan dalam grafik hubungan konsentrasi [ppb] terhadap waktu [jam] untuk gas etilen 1 ppm yang dialirkan.

3.4.3. Pengukuran konsentrasi gas etilen Pada penelitian pertama, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau secara real - time. Pengukuran tersebut bertujuan untuk menyelidiki apakah ketiga


sampel yang digunakan, menghasilkan gas etilen saat diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% Oksigen. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan rangkaian alat pada Gambar 3.4. Buah apel fuji adalah sampel yang pertama kali diukur dalam penelitian pertama. Sebelum buah apel fuji tersebut dimasukkan, pengukuran konsentrasi gas etilen, dilakukan pada lingkungan udara. Setelah ditunggu beberapa saat, buah apel fuji dimasukkan dalam cuvet. Dengan dimasukkannya buah apel fuji ke dalam cuvet berarti produksi gas etilen yang diproduksi buah tersebut dapat diukur konsentrasinya. Untuk mengukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau, langkah – langkah pengukuran yang dilakukan sama seperti pada saat pengukuran konsentrasi buah apel fuji di atas.

Gambar 3.4. Rangkaian alat pada pengukuran konsentasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2 Pada penelitian kedua, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang dihasilkan buah apel fuji yang diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan yang berbeda kandungan gas Oksigennya. Kandungan Oksigen divariasikan


menjadi lingkungan campuran yang mengandung 20% O2, 10% O2, dan 0% O2. Konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji ketika diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan tersebut akan dipantau dan diamati proses produksinya. Hal tersebut dilakukan untuk mengetahui pengaruh gas Oksigen dari masing – masing lingkungan penyimpanan terhadap produksi gas etilen oleh apel. Rangkaian pada Gambar 3.5 merupakan rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan campuran yang mengandung 10% O2. Rangkaian pada Gambar 3.6 merupakan rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan tanpa Oksigen (0% O2).

Gambar 3.5. rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan campuran yang mengandung 10% O2

Gambar 3.6. rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan tanpa Oksigen (0% O2).


Pada awal pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, lingkungan yang digunakan adalah lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Rangkaian alat yang digunakan adalah rangkaian pada gambar 3.5. Setelah campuran gas tersebut dialirkan ke dalam cuvet, apel fuji dimasukkan ke dalam cuvet. Kemudian konsentrasi gas etilen dari apel tersebut diukur dan proses produksi gas etilen tersebut diamati beberapa saat. Setelah itu, lingkungan penyimpanan dalam cuvet diubah. Untuk pengubahan lingkungan penyimpanan yang pertama, lingkungan penyimpanan yang awalnya adalah lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2. Pengubahan tersebut dilakukan dengan cara memperkecil aliran gas Oksigen yang digunakan. Rangkaian alat yang digunakan saat pengubahan tersebut tetap sama, yaitu rangkaian pada Gambar 3.5. Untuk pengubahan lingkungan penyimpanan yang kedua, awalnya lingkungan penyimpanan buah apel fuji yang digunakan adalah lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Pada saat itu, rangkaian alat yang digunakan adalah rangkaian pada Gambar 3.5. Setelah beberapa saat dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen pada lingkungan tersebut, lingkungan penyimpanan yang digunakan diubah menjadi lingkungan yang mengandung 100% N2 dan 0% O2. Hal tersebut dilakukan dengan cara mengubah rangkaian pada gambar 3.5 menjadi rangkaian pada gambar 3.6. Setelah rangkaian diubah, pada rangkaian masih terdapat gas Oksigen. Pembersihan rangkaian dari kandungan Oksigen, dilakukan dengan cara membesarkan aliran gas Nitrogen.


Setelah ± 15 menit, aliran gas Nitrogen dikembalikan pada aliran yang semula. Sebelum dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen, dilakukan pengesetan frekuensi resonansi sesuai dengan medium yang ada di dalam sel fotoakustik [Watini,2008]. Untuk setiap medium yang berbeda, memiliki frekuensi resonansi yang berbeda pula. Medium udara memiliki frekuensi resonansi (1720±5)Hz, sedangkan medium Nitrogen memiliki frekuensi resonansi (1741±5) Hz.


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.

Hasil

4.1.1. Pengukuran Daya Laser Sebelum digunakan dalam suatu pengukuran, detektor fotoakustik berbasis laser CO2 harus diukur daya lasernya terlebih dahulu. Pengukuran daya laser dilakukan pada arus 10,75 mA. Pengukuran daya laser tersebut, tampak pada Gambar 4.1. Pengukuran daya laser tersebut dilakukan untuk posisi steppermotor 5000 – 7500. Posisi steppermotor pada grafik pengukuran tersebut mewakili panjang gelombang laser yang digunakan.

Gambar 4.1. Grafik hubungan daya laser [au] terhadap posisi steppermotor pada arus 10,75 mA

27


4.1.2. Kalibrasi Pada penelitian ini gas yang akan diukur adalah gas etilen. Agar hasil yang diperoleh baik, maka perlu dilakukan kalibrasi untuk gas etilen. Kalibrasi dilakukan dengan cara mengukur sinyal ternormalisir untuk mengetahui posisi garis laser pada serapan etilen dan pengukuran konsentrasi gas etilen standar. Salah satu hal yang perlu dilakukan dalam kalibrasi adalah pengukuran sinyal ternormalisir untuk mengetahui posisi garis laser pada serapan etilen. Pengukuran tersebut dilakukan dengan cara mengalirkan gas udara ke dalam sel fotoakustik. Frekuensi resonansi diset sesuai dengan medium udara yang ada di dalam sel fotoakustik, yaitu pada frekuensi 1716 Hz. Hasil pengukuran sinyal ternormalisir saat mengalirkan gas udara tersebut tampak pada Gambar 4.2. Setelah itu, pengukuran sinyal ternormalisir dilakukan saat gas etilen 1 ppm dialirkan pada sel fotoakustik. Hasil pengukuran sinyal ternormalisir saat gas etilen 1 ppm dialirkan pada sel fotoakustik tampak pada Gambar 4.3.

Gambar 4.2. Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas udara


Gambar 4.3. Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm Dengan membandingkan Gambar 4.2 dan Gambar 4.3, dapat diketahui bahwa terdapat pertambahan sinyal ternormalisir pada Gambar 4.3. Pertambahan sinyal ternormalisir tertinggi terjadi pada posisi steppermotor 6643. Pada Gambar 4.2, pada posisi tersebut sinyal ternormalisir yang dihasilkan sangat kecil, tetapi pada Gambar 4.3, pada posisi tersebut terjadi tambahan sinyal ternormalisir tertinggi. Tambahan sinyal ternormalisir tertinggi pada Gambar 4.3 itulah yang merupakan garis laser pada serapan etilen (10P14) tersebut. Pada posisi 6643 pada Gambar 4.3, daya laser yang dihasilkan bernilai 2,3 au. Sedangkan sinyal yang dihasilkan bernilai 1,8 au. Sehingga sinyal ternormalisir (S/P) yang dihasilkan bernilai 0,78 au. Nilai daya laser, sinyal dan sinyal ternormalisir dari hasil di atas dapat dilihat pada Lampiran 1 (Tabel 1bagian A). Bila hasil pengukuran pada Gambar 4.3 diperbesar, hasilnya tampak pada Gambar 4.4. Perbesaran tersebut dilakukan untuk posisi steppermotor 6600 –


6700. Dengan menggunakan gambar 4.4, letak garis laser 10P14 tampak lebih jelas. Garis 10P16 pada Gambar 4.3. berada pada posisi 6741. Pada posisi tersebut daya laser yang dihasilkan bernilai 2,1 au. Sedangkan sinyal yang dihasilkan bernilai 0,9 au. Sehingga sinyal ternormalisir yang dihasilkan bernilai 0,43 au. Nilai daya laser, sinyal dan sinyal ternormalisir dari hasil diatas dapat dilihat pada Lampiran 1 (Tabel 1 bagian B).

Gambar 4.4. Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm Garis laser 10P14 dan 10P16 yang sudah diketahui kemudian digunakan untuk pengukuran konsentrasi gas etilen standar. Pengukuran tersebut dilakukan dengan cara mengalirkan gas etilen 1 ppm dari tabung etilen. Gas tersebut dialirkan ke dalam rangkaian pada Gambar 3.3. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen standar tampak pada Gambar 4.5. Gambar 4.5 bagian A adalah hasil pengukuran konsentrasi gas etilen saat sel fotoakustik dialiri gas udara. Pada bagian A tersebut, tidak terdapat gas etilen.


Gambar 4.5 bagian B adalah situasi saat dilakukan pengaturan aliran gas etilen 1 ppm. Pada Gambar 4.5 bagian B tersebut, pengukuran dihentikan sementara

sehingga gas etilen tidak diukur. Gambar 4.5 bagian C adalah hasil pengukuran saat pada rangkaian dialiri gas etilen 1 ppm. Pada bagian C tersebut, dihasilkan gas etilen dengan konsentrasi sebesar (1003 ± 9)ppb, ditampilkan pada Lampiran 2 (Tabel 2). Pengukuran konsentrasi gas etilen standar ini akan digunakan sebagai pembanding untuk hasil pengukuran konsentrasi yang dilakukan nantinya.

Gambar 4.5. Grafik hubungan konsentrasi [ppb] terhadap waktu [jam] untuk gas etilen 1 ppm yang dialirkan.

4.1.3. Pengukuran Konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel Setelah hasil kalibrasi diperoleh, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan cuvet yang berbentuk tabung yang memiliki tinggi 11,6 cm dan diameter 10 cm. Cuvet tersebut memiliki volume 0,91 liter. Pengukuran tersebut dilakukan dengan meletakkan buah apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau secara bergantian ke dalam cuvet.


Buah apel fuji yang digunakan pada pengukuran ini memiliki berat 195 gr. Buah pisang kepok yang digunakan pada pengukuran ini memiliki berat 74 gr. Untuk satu kecambah kacang hijau yang digunakan dalam pengukuran konsentrasi ini rata – rata memiliki berat 0.097 gr. Kecambah kacang hijau yang dimasukkan dalam cuvet memiliki berat total sebesar 50 gr. Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau, dilakukan dengan menggunakan rangkaian pada Gambar 3.4. Gas yang digunakan pada pengukuran ini adalah gas udara. Gas tersebut berfungsi sebagai lingkungan penyimpanan sampel dan medium di dalam sel fotoakustik. Frekuensi resonansi diset pada frekuensi 1718 Hz. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau, tampak pada Gambar 4.6. Gambar 4.6 bagian A merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Pada bagian A tersebut, tidak dihasilkan gas etilen. Gambar 4.6 bagian B merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen saat buah apel fuji dengan berat 195 gr diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Pada bagian B, dihasilkan gas etilen dengan konsentrasi berkisar antara 741 ppb sampai dengan 859 ppb. Gambar 4.6 bagian C merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen saat buah pisang kepok dengan berat 74 gr diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Pada bagian C, dihasilkan gas etilen dengan konsentrasi berkisar antara 135 ppb sampai dengan 240 ppb. Gambar 4.6 bagian D merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen saat kecambah kacang hijau dengan berat 50 gr


diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Pada bagian D, dihasilkan gas etilen dengan konsentrasi berkisar antara 382 ppb sampai dengan 535 ppb.

Gambar 4.6. Grafik hubungan konsentrasi gas etilen [ppb] dari apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau terhadap waktu [jam] pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2 Dari hasil pengukuran tersebut dapat diketahui konsentrasi etilen yang diproduksi masing – masing sampel per 1 gramnya. Untuk setiap 1 gram buah apel fuji, konsentrasi etilen yang diproduksi sebesar (4.07±0.03) ppb, ditampilkan pada Lampiran 3 (Tabel 3). Untuk setiap 1 gram buah pisang kepok, konsentrasi etilen yang diproduksi sebesar (2.3 ± 0.1) ppb, ditampilkan pada Lampiran 4 (Tabel 4). Untuk setiap 1 gram kecambah kacang hijau, konsentrasi etilen yang diproduksi sebesar (8.9 ± 0.2) ppb, ditampilkan pada Lampiran 5 (Tabel 5).


Setelah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang dihasilkan buah apel fuji. Buah apel fuji yang digunakan memiliki berat 200 gram. Pada pengukuran ini, buah tersebut diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan yang berbeda. Gas yang digunakan sebagai lingkungan penyimpanan dalam pengukuran tersebut adalah gas Nitrogen dan Oksigen. Pada penelitian ini, kandungan gas Oksigen divariasikan menjadi lingkungan campuran yang mengandung 20% O2, 10% O2, dan 0% O2. Saat awal pengukuran, rangkaian yang digunakan adalah rangkaian pada Gambar 3.5. Lingkungan penyimpanan buah apel fuji yang digunakan merupakan lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Frekuensi resonansi diset pada frekuensi 1723,5 Hz. Setelah beberapa saat, lingkungan penyimpanan buah apel fuji yang semula lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2. Pengubahan lingkungan penyimpanan tersebut dilakukan dengan cara memperkecil aliran gas Oksigen yang digunakan. Frekuensi resonansi diset pada frekuensi 1744,8 Hz. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang dihasilkan buah apel pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, yang diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2, tampak pada Gambar 4.7. Gambar 4.7 bagian A adalah hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji yang diukur saat diletakkan pada lingkungan


campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Sedangkan Gambar 4.7 bagian B adalah hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji yang diukur saat diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2.

Gambar 4.7. Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2, yang diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 10% O2 Seperti ketika lingkungan diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 10% O2, sampel yang digunakan pada pengukuran konsentrasi gas etilen kali ini adalah buah apel fuji. Pengukuran tersebut dilakukan pada dua lingkungan yang berbeda. Pada pengukuran ini, awalnya lingkungan penyimpanan sampel yang digunakan adalah lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Frekuensi resonansi diset pada frekuensi 1721 Hz. Setelah itu, lingkungan penyimpanan yang digunakan, diubah menjadi lingkungan yang


mengandung 100% N2 dan 0% O2. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diperoleh, tampak pada Gambar 4.8. Gambar 4.8 bagian A adalah hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji yang diukur saat diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Gambar 4.8 bagian B merupakan situasi dimana pengukuran dihentikan sementara. Hal tersebut terjadi saat dilakukan pengubahan lingkungan penyimpanan yang digunakan. Sedangkan Gambar 4.8 bagian C adalah hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji yang diukur saat buah apel tersebut berada pada lingkungan peralihan. Gambar 4.8 bagian D merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji saat buah apel tersebut diletakkan pada lingkungan yang mengandung 100% N2 dan 0% O2.

Gambar 4.8. Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2 yang diubah menjadi lingkungan 0% O2


4.2.

Pembahasan Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan detektor fotoakustik

berbasis laser CO2. Digunakannya detektor fotoakustik berbasis laser CO2 pada penelitian ini karena laser CO2 sangat sensitif untuk mengukur etilen. Gas sebagai bahan aktif pembentuk laser CO2 pada detektor ini, dimasukkan dalam tabung sealed – off. Dimasukkannya bahan aktif dalam tabung tersebut membuat biaya

operasional yang dibutuhkan menjadi lebih hemat karena gas tersebut diisikan ke dalam tabung kemudian ditutup rapat dan tidak perlu dialirkan lagi. Detektor

fotoakustik

dalam

penelitian

ini

menggunakan

sistem

intrakavitas. Pada sistem tersebut, sel fotoakustik diletakkan di antara resonator optis. Peletakan sel fotoakustik di antara resonator optis bertujuan agar daya laser pada sel fotoakustik yang dihasilkan memiliki daya yang tinggi. Dengan dihasilkannya daya yang tinggi, kemampuan detektor fotoakustik diharapkan memiliki sensitivitas yang tinggi. Detektor fotoakustik dapat digunakan untuk mengukur gas etilen bila terjadi penyerapan energi laser oleh gas etilen yang ada di dalam sel fotoakustik. Molekul gas etilen tersebut akan mengalami eksitasi dengan menyerap energi laser. Saat berada di tingkat energi eksitasi, molekul tersebut akan mengalami deeksitasi dengan melepaskan energi eksitasinya secara non – radiasi. Pada saat melepaskan energi eksitasi, terjadi transfer energi dari molekul tersebut kepada molekul yang lain yang ditumbuknya. Karena adanya transfer energi tersebut, membuat molekul yang ditumbuk mengalami kenaikan energi kinetik. Adanya kenaikan energi kinetik mengakibatkan kenaikan suhu dan tekanan. Apabila laser


CO2 yang digunakan, dimodulasi dengan chopper, tekanan di dalam sel fotoakustik akan berubah secara periodik. Perubahan tekanan atau bunyi tersebut akan diukur oleh mikrofon yang ada di dalam sel fotoakustik. Sinyal keluaran mikrofon tersebut kemudian akan diperkuat oleh lock – in amplifier. Detektor fotoakustik yang digunakan memiliki sensitivitas dan selektivitas yang tinggi. Hal ini dikarenakan detektor ini dilengkapi dengan mikrofon yang mampu menerima dan mengukur bunyi kecil yang dihasilkan. Sinyal keluaran mikrofon tersebut, kemudian akan diperkuat oleh lock – in amplifier. Lock – in amplifier dalam detektor ini membantu untuk menghilangkan noise atau derau yang menyertai sinyal tersebut. Lock – in amplifier akan mengeliminasi sinyal yang mengganggu dan mengunci sinyal yang diinginkan. Untuk mengeliminasi sinyal yang mengganggu, frekuensi sinyal yang diinginkan, dikunci dengan frekuensi chopper. Sebelum digunakan untuk pengukuran, perlu dilakukan pengukuran daya laser. Proses tersebut bertujuan untuk mengoptimasikan kerja detektor agar lebih sensitif pada saat pengukuran. Optimalisasi tersebut dilakukan dengan cara mengatur posisi kisi dan cermin yang digunakan. Pada cermin yang digunakan terdapat piezo, yang dapat berpengaruh dalam perubahan daya laser yang dihasilkan. Piezo terletak tepat dibelakang cermin. Jika piezo diberi tegangan, maka piezo akan menggeser cermin yang mengakibatkan panjang resonator laser akan berubah. Perubahan panjang resonator laser tersebut akan mempengaruhi daya yang diperoleh. Pada pengukuran daya laser yang dilakukan, arus listrik yang mengalir


pada detektor yang digunakan adalah 10,75 mA. Hasil pengukuran daya laser tersebut tampak pada Gambar 4.1. Pada gambar 4.1 terdapat dua band garis daya laser yaitu band 10R dan band 10P. Pada band 10 R diperoleh 8 garis daya laser. Garis daya laser tertinggi pada band 10 R ini dihasilkan saat steppermotor berada pada posisi 5263 dengan tinggi daya laser sebesar 3,5 au. Sedangkan pada band 10P diperoleh 7 garis daya laser dengan garis daya laser tertinggi dihasilkan saat steppermotor berada pada posisi 6919 dengan tinggi daya laser sebesar 3,3 au. Pada umumnya, satuan daya laser pada detektor fotoakustik yang dihasilkan bersatuan watt [W]. Sinyal akustik merupakan keluaran pada detektor fotoakustik yang memiliki satuan Volt [V]. Namun, pada penelitian ini, daya laser pada Gambar 4.1 dan sinyal akustik yang dihasilkan bersatuan sembarang (arbitrary unit). Hal tersebut dikarenakan alat yang digunakan belum melalui proses kalibrasi daya dan kalibrasi alat. Meski belum terkalibrasi, alat ini dapat digunakan dalam penelitian ini karena pada penelitian ini, yang diutamakan adalah pengukuran konsentrasi etilen. Satuan sinyal dan daya laser tidak harus menggunakan satuan yang sesuai. Pada penelitian ini, dilakukan pengukuran daya dan sinyal yang pada akhirnya menghasilkan sinyal ternormalisir. Sinyal dari hasil pengukuran dipengaruhi oleh daya laser yang ada di dalam sel fotoakustik. Normalisasi tersebut bertujuan untuk mengubah sinyal yang diukur per satuan daya laser. Sinyal ternormalisir pada penelitian ini bersatuan arbitrary unit [au]. Sinyal ternormalisir yang dihasilkan terdapat pada hasil pengukuran pada Gambar 4.2, Gambar 4.3, dan Gambar 4.4. Hasil pengukuran tersebut disajikan dalam grafik


hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor. Pengukuran sinyal ternormalisir dilakukan untuk mengetahui posisi garis laser pada serapan etilen. Hal tersebut dilakukan dengan cara mengalirkan gas udara pada sel fotoakustik dan dengan mengalirkan gas etilen 1 ppm pada sel fotoakustik. Hasil pengukuran saat mengalirkan gas udara pada sel fotoakustik tampak pada Gambar 4.2. Hasil pengukuran saat mengalirkan gas etilen 1 ppm pada sel fotoakustik tampak pada Gambar 4.3. Kedua pengukuran tersebut disajikan dalam bentuk grafik hubungan sinyal ternormalisir terhadap posisi steppermotor. Sinyal ternormalisir yang dihasilkan pada Gambar 4.2 dibandingkan dengan sinyal ternormalisir yang dihasilkan pada Gambar 4.3. Dari hasil pembandingan kedua pengukuran tersebut, terdapat pertambahan sinyal ternormalisir. Pertambahan sinyal ternormalisir tersebutlah yang kemudian digunakan untuk mengetahui posisi garis 10P14 dan 10P16 yang akan digunakan dalam penelitian ini. Garis laser pada serapan etilen terdapat pada band 10P. Oleh karena itu, pengukuran dikonsentrasikan pada band 10P. Garis sinyal ternormalisir pada band 10P tersebar saat steppermotor berada pada rentang posisi 6000 – 7500. Saat steppermotor berada pada posisi 6643 yang tampak pada Gambar 4.2, sinyal ternormalisir yang dihasilkan sangat kecil. Namun pada Gambar 4.3 saat steppermotor berada pada posisi yang sama, sinyal ternormalisir mengalami pertambahan tinggi. Pertambahan tinggi sinyal ternormalisir tersebut merupakan sinyal yang berasal dari penyerapan daya laser seluruhnya oleh gas etilen yang


digunakan. Semakin besar penyerapan daya laser oleh gas etilen, maka semakin besar pula sinyal ternormalisir yang dihasilkan. Pertambahan sinyal ternormalisir pada Gambar 4.3. merupakan garis sinyal ternormalisir tertinggi yang ada pada band 10P. Sinyal ternormalisir tertinggi itulah yang merupakan garis laser 10P14. Garis laser untuk serapan etilen tersebut terdapat pada saat steppermotor berada pada posisi 6643. Di dalam sel fotoakustik terdapat lebih dari satu jenis gas. Selain gas etilen masih terdapat gas yang lain yang mengganggu. Gas yang lain tersebut dapat mengganggu nilai konsentrasi gas etilen yang diukur. Untuk mengeliminasi gangguan serapan dari gas yang lain, maka pengukuran konsentrasi gas etilen pada penelitian ini dilakukan tidak hanya menggunakan garis 10P14 saja, melainkan juga menggunakan garis laser 10P16. Garis laser 10P16 yang diperoleh pada penelitian ini terdapat pada saat steppermotor berada pada posisi 6741. Pada saat pengukuran berlangsung, garis laser 10P14 dan 10P16 akan bekerja dan digunakan secara bergantian dalam pengukuran konsentrasi gas etilen. Untuk menentukan konsentrasi gas etilen dengan menggunakan detektor fotoakustik pada garis laser 10P14, dapat dilakukan dengan mengukur sinyal ternormalisir (S/P) [au] yang dihasilkan. Hal tersebut dapat dilakukan dengan syarat konstanta sel fotoakustik C [volt cm / watt] dan koefisien serapan etilen αetilen [cm-1] bernilai konstan. Adapun persamaan untuk mencari konsentrasi gas etilen adalah sebagai berikut :

C etilen =

⎛S⎞ ⎜ ⎟ ………………… Cα ( etilen10 P14 ) ⎝ P ⎠10 P14 1

(4.1)


Persamaan 4.1 diatas dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi etilen apabila gangguan dari gas penggangu diabaikan. Namun dalam pengukuran konsentrasi gas etilen pada penelitian ini, gangguan tersebut tidak dapat diabaikan. Gangguan pada pengukuran ini berasal dari gas pembawa yang mengandung uap air. Uap air tersebut dapat menyerap energi dari daya yang dihasilkan. Uap air tersebut memiliki konsentrasi. Konsentrasi uap air dapat mempengaruhi nilai konsentrasi gas yang diukur. Oleh karena itu, untuk mengukur sinyal ternormalisir dari dua jenis gas pada garis laser yang digunakan, memenuhi persamaan 2.8. Bila persamaan tersebut diterapkan pada penelitian ini, akan menjadi persamaan 4.2 :

⎛S⎞ = C (Cetilenα ( etilen10 P14 ) + C gas − penggangguα ( gas − pengganggu10 P14 ) ) … ⎜ ⎟ ⎝ P ⎠10 P14

(4.2)

Selain garis laser 10P14, pengukuran juga dilakukan pada garis laser 10P16. Kedua pengukuran dengan garis laser yang berbeda akan memberikan sumbangan pada sinyal keluaran dari mikrofon. Persamaan sinyal ternormalisir untuk garis laser 10P16 sebagai berikut :

⎛S⎞ = C (Cetilenα ( etilen10 P16 ) + C gas − penggangguα ( gas − pengganggu10 P16 ) ) …. (4.3) ⎜ ⎟ ⎝ P ⎠10 P16 Pada penelitian ini, persamaan 4.2 dan persamaan 4.3 dihitung dengan metode eliminasi. Dari perhitungan tersebut, nilai konsentrasi dari gas etilen dan gas gangguan dapat ditentukan. Penghitungan dan penentuan nilai konsentrasi dari gas etilen dan gas gangguan tersebut, dilakukan, diolah dan langsung ditampilkan oleh komputer berupa nilai konsentrasi dari gas etilen dan gas penggangu.


Setelah posisi steppermotor yang tepat untuk garis laser 10P14 dan 10P16 diketahui, langkah selanjutnya yang harus dilakukan adalah mengukur konsentrasi gas etilen standar. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen standar digunakan sebagai pembanding hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel – sampel yang digunakan dalam penelitian ini. Karena pada pengukuran konsentrasi gas etilen standar, konsentrasi gas etilen sudah diketahui maka nilai konstanta sel fotoakustik dapat diketahui. Pada penelitian ini besarnya nilai konstanta sel fotoakustik sudah dicari oleh komputer saat kalibrasi berlangsung dan akan langsung digunakan pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel. Pengukuran konsentrasi gas etilen standar dilakukan dengan cara mengalirkan gas etilen standar sebanyak 1 ppm ke dalam cuvet pada rangkaian Gambar 3.7. Pada saat akan dilakukan pengukuran, gas etilen standar yang tersedia memiliki konsentrasi sebesar 10 ppm. Gas etilen standar dengan konsentrasi 10 ppm tidak dapat langsung digunakan karena konsentrasinya terlalu besar. Konsentrasi gas etilen yang terlalu besar akan menghasilkan serapan yang besar. Serapan yang besar tersebut dapat menyebabkan daya yang dihasilkannya berkurang, bahkan hilang. Pengukuran konsentrasi yang baik terjadi bila serapan yang dihasilkan tidak menyebabkan daya laser yang ada menjadi berkurang bahkan hilang. Untuk menghindari hal tersebut maka gas etilen standar 10 ppm harus diencerkan hingga memiliki konsentrasi 1 ppm. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen standar 1 ppm, tampak pada Gambar 4.5. Pada Gambar 4.5 bagian A merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen saat sel fotoakustik dialiri gas udara. Pada Gambar 4.5 bagian A tersebut,


tidak terdapat gas etilen. Setelah 24 menit, pengukuran tersebut dihentikan terlebih dahulu dengan tujuan mengatur pengaliran etilen 1 ppm. Pada saat pengukuran tersebut dihentikan, dilakukan pengenceran gas etilen standar hingga gas etilen yang dialirkan berkonsentrasi 1 ppm. Penghentian tersebut dilakukan selama 15 menit. Pengukuran tersebut tampak pada Gambar 4.5 bagian B. Setelah pengaturan tersebut selesai, pengukuran dilanjutkan kembali. Pada awal pengukuran saat dalam cuvet dialiri etilen 1 ppm, konsentrasi etilen yang diukur belum mencapai 1000 ppb. Hal tersebut dikarenakan pada saat itu gas etilen yang dialirkan belum sepenuhnya diukur. Setelah pengukuran dilakukan selama 5 menit, konsentrasi etilen yang dialirkan baru sepenuhnya diukur. Pengukuran saat pada cuvet dialirkan etilen 1 ppm dilakukan selama 12 menit. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen standar sebesar (1003 ± 9) ppb, tampak pada Gambar 4.5 bagian C dan Lampiran 2 (Tabel 2). Setelah itu, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang dihasilkan buah apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau. Pengukuran tersebut dilakukan dengan cara meletakkan sampel tersebut pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2, secara bergantian. Salah satu sampel yang digunakan dalam penelitian ini kecambah dari proses perkecambahan sebuah biji kacang hijau. Pada saat proses perkecambahan berlangsung, sebuah biji kacang hijau tersebut akan mengalami pertumbuhan terus agar berubah menjadi kecambah. Pada proses tersebut, memungkinkan adanya perubahan produksi etilen yang dihasilkan. Proses perubahan tersebut dapat diamati. Namun, pada penelitian ini tidak dilakukan pengamatan produksi


konsentrasi etilen yang dihasilkan pada saat perubahan tersebut. Pada penelitian ini, pengukuran kecambah kacang hijau dititik beratkan pada seberapa banyak produksi etilen yang dihasilkan kecambah kacang hijau yang digunakan bila diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Gambar 4.6 menampilkan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi berbagai sampel yaitu buah apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau. Pengukuran tersebut dilakukan untuk menunjukkan bahwa bila buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau, disimpan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2, akan menghasilkan gas etilen. Dalam penelitian ini, hasil pengukuran pada Gambar 4.6 berlaku sebagai hasil penelitian pendahuluan. Pada Gambar 4.6. mula – mula lingkungan penyimpanan yang berupa gas udara yang mengandung 20% O2, diukur konsentrasi gas etilennya. Dari hasil pengukuran pada Gambar 4.6 bagian A, menunjukkan bahwa dalam pengukuran tersebut tidak terdapat gas etilen. Setelah dilakukan pengukuran tersebut selama 5 menit 24 detik, pada cuvet diletakkan buah apel fuji sebagai sampel penghasil etilen. Gambar 4.6 bagian B merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji ketika diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Dari hasil pengukuran tersebut diperoleh konsentrasi gas etilen yang berkisar antara 780 sampai dengan 850 ppb. Nilai konsentrasi tersebut dihasilkan oleh apel fuji dengan berat 195 gr. Dari hasil tersebut di atas yang ditampilkan pada Lampiran 3 (Tabel 3), untuk setiap 1 gram buah apel fuji,


konsentrasi gas etilen yang diproduksi sebesar (4,07 ± 0,03) ppb. Setelah 18 menit 36 detik dilakukan pengukuran konsentrasi untuk buah apel fuji, buah tersebut kemudian dikeluarkan dari cuvet. Selama 10 menit 48 detik, konsentrasi gas etilen yang diukur terus mengalami penurunan hingga tidak terdeteksi lagi. Hal ini terjadi karena sampel penghasil etilen sudah dikeluarkan. Setelah itu, dalam cuvet dimasukkan pisang kepok sebagai sampel penghasil etilen. Produksi gas etilen oleh pisang kepok berlangsung selama 15 menit 36 detik. Pada Gambar 4.6 bagian C terlihat bahwa bila pisang kepok disimpan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2, akan menghasilkan konsentrasi gas etilen yang berkisar antara 140 sampai dengan 250 ppb. Nilai konsentrasi tersebut dihasilkan oleh pisang kepok dengan berat 74 gr. Dari hasil tersebut diatas yang ditampilkan pada Lampiran 4 (Tabel 4), untuk setiap 1 gram buah pisang kepok, konsentrasi gas etilen yang diproduksi sebesar (2,3 ± 0,1) ppb. Setelah apel fuji dan pisang kepok yang disimpan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2, diukur konsentrasi gas etilennya, pada Gambar 4.6 diukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah kacang hijau bila diletakkan pada lingkungan yang sama pula, tampak pada Gambar 4.6 bagian D. Sebelum melakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah kacang hijau, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan. Perhatian tersebut ditujukan pada fakta di mana kecambah kacang hijau yang akan diukur, berukuran kecil. Sementara itu cuvet yang digunakan cukup besar yaitu memiliki volume 0.91 liter. Karena keadaan itulah, pengukuran tidak dapat dilakukan untuk satu kecambah kacang hijau saja. Ada kemungkinan konsentrasi yang diproduksi


kecambah kacang hijau tersebut bernilai sangat kecil. Oleh karena itu, pengukuran dilakukan dengan menggunakan kecambah kacang hijau dengan berat total 50 gram. Saat 50 gram kecambah kacang hijau dimasukkan ke dalam cuvet, kecambah tersebut memenuhi setengah dari volume cuvet yang digunakan. Dengan itu diharapkan konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah kacang hijau dapat diukur dengan baik. Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah tersebut berlangsung selama 17 menit 24 detik. Pada Gambar 4.6 bagian D terlihat bahwa untuk kecambah kacang hijau dengan berat total 50 gram, diproduksi gas etilen dengan konsentrasi berkisar antara 370 sampai dengan 550 ppb. Dari hasil tersebut, untuk setiap 1 gram, produksi gas etilen yang dihasilkan kecambah kacang hijau bernilai (8,9 ± 0,2) ppb. Dari hasil tersebut, dapat diketahui pula produksi etilen untuk setiap kecambahnya, yaitu sebesar (0,90 ± 0,02) ppb. Data dari pengukuran tersebut terdapat pada lampiran 5 (Tabel 5). Setelah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang dihasilkan buah apel fuji. Buah apel fuji yang digunakan memiliki berat 200 gram. Pada pengukuran ini, buah tersebut diletakkan pada tiga lingkungan penyimpanan yang berbeda. Ketiga lingkungan penyimpanan yang digunakan dibedakan dari banyaknya kandungan gas Oksigen yang terdapat pada masing – masing lingkungan. Pengaturan kandungan gas Oksigen pada ketiga lingkungan tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh gas Oksigen yang digunakan terhadap produksi gas etilen oleh apel fuji. Gas


Oksigen yang awalnya memiliki kandungan 20% dari total gas yang digunakan, dikurangi menjadi 10% dari total gas yang digunakan, bahkan menjadi tidak ada lagi. Gambar 4.7 merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel ketika diletakkan pada dua lingkungan penyimpanan yang berbeda. Pada pengukuran ini, awalnya buah apel yang digunakan sebagai sampel, diletakkan pada lingkungan yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Rangkaian yang digunakan pada situasi tersebut adalah rangkaian pada Gambar 3.5. Peletakkan buah apel pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, dilakukan selama 30 menit. Hasil pengukurannya, tampak pada Gambar 4.7 bagian A. Konsentrasi gas etilen yang diproduksi saat itu berkisar antara 800 sampai dengan 880 ppb. Setelah 30 menit, lingkungan penyimpanan buah apel tersebut diubah dari lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20%O2 menjadi lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10%O2. Hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi buah apel yang diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10%O2 tampak pada Gambar 4.7 bagian B. Adanya pengubahan lingkungan udara dengan komposisi yang berbeda dengan lingkungan penyimpanan buah apel sebelumnya, mengakibatkan pengurangan produksi gas etilen oleh buah apel tersebut. Penurunan konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel tersebut dimulai setelah lingkungan penyimpanan buah apel diubah. Konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel saat diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 10%O2 berkisar antara 500 sampai dengan 700 ppb.


Hasil tersebut diperoleh setelah dilakukan pengukuran selama 4 jam 18 menit. Dari Gambar 4.7 terlihat bahwa ada perbedaan produksi gas etilen yang dihasilkan buah apel saat diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, dengan saat diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2. Apel yang diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, memiliki konsentrasi lebih tinggi bila dibandingkan dengan apel yang diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2. Gas Oksigen yang terkandung pada lingkungan penyimpanan buah apel di atas, tetap akan memicu adanya produksi gas etilen meskipun gas Oksigen yang diberikan dalam skala kecil. Dengan masih diproduksinya gas etilen oleh apel bila diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10%O2, membuktikan bahwa bila buah apel tersebut diletakkan dalam lingkungan yang mengandung gas Oksigen akan menghasilkan gas etilen. Gambar 4.8 merupakan hasil pengukuran ketika lingkungan diubah menjadi lingkungan yang mengadung 100% N2 dan 0% O2. Saat awal pengukuran, buah apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Peletakkan apel pada lingkungan ini berlangsung selama 30 menit. Konsentrasi gas etilen yang dihasilkan saat apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20%O2, berkisar antara 800 sampai dengan 880 ppb. Hasil pengukuran konsentrasi tersebut tampak pada Gambar 4.8 bagian A. Setelah 30 menit, lingkungan penyimpanan sampel dalam cuvet yang


semula lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20%O2, diubah menjadi lingkungan yang mengandung 100% N2 dan 0% O2. Hal tersebut dilakukan dengan cara mengubah rangkaian Gambar 3.5 menjadi rangkaian pada Gambar 3.6. Selama

pengubahan

tersebut

berlangsung,

pengukuran

dihentikan

sementara. Penghentian pengukuran tersebut dilakukan selama 18 menit. Selama pengukuran dihentikan, sebenarnya apel tersebut tetap mengeluarkan gas etilen, hanya saja tidak diukur. Tidak diukurnya gas etilen yang dikeluarkan apel tersebut mengakibatkan hasil pengukuran yang ditampilkan pada Gambar 4.8 bagian B seolah – olah turun. Gas etilen yang dikeluarkan apel selama pengukuran dihentikan tersebut baru diukur oleh alat yang digunakan, saat pengukuran tersebut dilanjutkan kembali. Setelah lingkungan penyimpanan buah berubah maka pengukuran dilanjutkan kembali. Hasil awal saat pengukuran dilanjutkan kembali terdapat pada Gambar 4.8 bagian C. Pada gambar tersebut ditampilkan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel yang berada pada lingkungan peralihan saat pengukuran dihentikan tadi. Gas etilen yang sudah dikumpulkan di dalam cuvet saat pengukuran dihentikan, didorong secara perlahan oleh gas pembawa ke dalam sel fotoakustik untuk diukur. Saat pengukuran dilanjutkan kembali, gas dalam sel fotoakustik tersebut akan segera diukur oleh alat hingga semua gas yang sudah dikumpulkan tadi diukur semua. Hal tersebut ditandai dengan diukurnya konsentrasi gas etilen yang berkonsentrasi sama dengan konsentrasi gas etilen sesaat sebelum pengukuran dihentikan. Untuk mencapai


kondisi tersebut, pengukuran tersebut dilakukan selama 1 jam 30 menit. Setelah itu, apel yang kini berada pada lingkungan yang mengandung 0% O2, diamati proses produksi gas etilennya dan diukur konsentrasinya. Proses perubahan produksi gas etilen yang dihasilkan saat apel berada pada lingkungan yang mengandung 0% O2, terjadi selama 5 jam 45 menit. Hasil pengukurannya tampak pada Gambar 4.8 bagian D. Pada hasil pengukuran tersebut, gas etilen yang diproduksi buah apel saat diletakkan pada lingkungan yang mengandung 0% O2 akan terus mengalami penurunan hingga tidak diproduksi lagi. Hasil pengukuran pada Gambar 4.7 bagian A dan Gambar 4.8 bagian A, merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel saat diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Hasil pengukuran ketika apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10%O2, tampak pada Gambar 4.7 bagian B. Hasil pengukuran ketika apel diletakkan pada lingkungan yang mengandung 100% N2 dan 0% O2, tampak pada Gambar 4.8 bagian B. Pada saat buah apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, konsentrasi gas etilen yang dihasilkan memiliki konsentrasi lebih tinggi dibandingkan dengan bila buah apel tersebut diletakkan pada lingkungan penyimpanan yang digunakan lainnya. Dari hasil di atas dapat diketahui bahwa perbedaan produksi gas etilen, disebabkan oleh adanya pengaruh gas Oksigen yang terkandung dalam lingkungan tersebut. Semakin banyak kandungan gas Oksigen yang diberikan pada lingkungan penyimpanan yang digunakan, semakin banyak pula produksi gas etilen oleh buah apel yang dihasilkan. Buah apel yang diletakkan pada


lingkungan yang mengandung banyak Oksigen akan cepat matang. Sebaliknya, semakin sedikit kandungan gas Oksigen yang diberikan pada lingkungan penyimpanan yang digunakan, semakin sedikit pula gas etilen yang dihasilkan. Oleh karena itu, bila apel diletakkan pada lingkungan yang mengandung 100% N2 dan 0% Oksigen, gas etilen dapat tidak diproduksi lagi oleh buah apel tersebut. Sebelum melakukan pengukuran konsentrasi gas etilen di atas, frekuensi resonansi harus diset sesuai dengan medium yang ada di dalam sel fotoakustik. Medium udara memiliki frekuensi resonansi (1720±5)Hz, sedangkan medium Nitrogen memiliki frekuensi resonansi (1741±5)Hz [Watini,2008]. Hal tersebut dilakukan agar pada sel fotoakustik terjadi resonansi. Dengan dilakukan pengaturan tersebut, diharapkan hal tersebut tidak memunculkan gangguan pada saat pengukuran berlangsung. Pada penelitian ini, untuk mengetahui adanya perbedaan konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel saat diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan dengan kandungan gas yang berbeda, ternyata membutuhkan waktu yang lama. Proses pengukuran konsentrasi gas etilen dari buah pada Gambar 4.7 terjadi ketika buah apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 20% Oksigen, yang kemudian diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 10% Oksigen. Pengukuran tersebut dilakukan selama 4 jam 42 menit. Proses pengukuran konsentrasi gas etilen dari buah pada Gambar 4.8 terjadi ketika buah apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 20% Oksigen, yang kemudian diubah menjadi lingkungan yang mengandung 0% Oksigen. Pengukuran konsentrasi gas etilen tersebut dilakukan selama 8 jam.


Lamanya waktu pengukuran pada kedua gambar hasil pengukuran di atas bertujuan untuk mengamati proses produksi gas etilen yang dihasilkan dan mengetahui pengaruh gas Oksigen pada beberapa lingkungan penyimpanan terhadap produksi gas etilen yang dihasilkan. Dari data hasil pengukuran yang telah diperoleh yang tampak pada Gambar 4.7 dan Gambar 4.8 membuktikan bahwa detektor yang digunakan mempunyai waktu tanggap cepat dan langsung terhubung dengan tempat buah penghasil etilen berada, sehingga detektor ini dapat digunakan secara real - time [Santosa,2008]. Real – time berarti waktu saat pengukuran konsentrasi gas etilen sama dengan saat sampel yang digunakan mengeluarkan gas etilen untuk setiap waktu. Detektor tersebut mampu mengukur gas etilen dalam konsentrasi yang sangat kecil. Hal tersebut dapat terjadi karena detektor fotoakustik berbasis laser CO2, memiliki sensitivitas yang tinggi. Hal tersebut tampak pada Gambar 4.8 bagian D.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1.

Kesimpulan Pada penelitian ini telah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang

diproduksi sampel dengan menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2. Sampel tersebut diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan yang berbeda dalam waktu yang lama. Dari hasil pengukuran yang diperoleh pada Gambar 4.7 dan Gambar 4.8, dapat disimpulkan bahwa : 1. Detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dapat diaplikasikan dalam pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel secara real – time.

2. Pengukuran konsentrasi gas etilen secara real – time dapat dimanfaatkan untuk mengetahui proses perubahan produksi gas etilen setiap waktu dalam usaha menghambat produksi gas etilen oleh buah.

5.2.

Saran Bila dikemudian hari akan dilakukan pengukuran konsentrasi yang serupa

maka penulis menyarankan untuk memperhatikan hal – hal berikut ini : 1. Bila sampel diletakkan pada lingkungan Nitrogen tanpa kandungan Oksigen dalam waktu yang lama, sampel tersebut akan mengalami proses fermentasi. Pada proses fermentasi akan dihasilkan gas alkohol.

54


Oleh karena itu, perlu dilakukan pengukuran alkohol pada kondisi tersebut. 2. Setiap makluk hidup akan mengalami proses pernafasan. Pada proses tersebut akan dihasilkan gas CO2. Bila akan dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen dari makluk hidup, pengaruh gas CO2 tersebut harus diperhatikan karena dapat mengganggu kerja detektor fotoakustik berbasis laser CO2 yang digunakan. Untuk menghilangkan gas CO2 tersebut perlu dihilangkan dengan menambahkan senyawa KOH pada saat pengukuran.


DAFTAR PUSTAKA

Besson, J.P. 2006. “Photoacoustic Spectroscopy for Multi-Gas Sensing Using Near Infrared Lasers”. http:// biblion. epfl.ch/ EPFL/ theses/ 2006/ 3670/ EPFL_TH3670.pdf. Diakses pada tanggal, 12 September 2009. Doebelin, Ernest.O. 1992. Sistem Pengukuran Aplikasi dan Perancangan. Jakarta: Erlangga. Krane, K. S. 1992. Fisika Modern. Jakarta : Universitas Indonesia. Laud, B.B. 1988. Laser dan Optik Linear. Jakarta : Universitas Indonesia. Santosa, I.E. 2008A. Pengukuran Konsentrasi Gas Menggunakan Detektor Fotoakustik. Yogyakarta : Laboratorium Analisa Kimia dan Fisika Pusat

Universitas Sanata Dharma. Santosa, I.E. 2008B. Spektroskopi Fotoakustik. Yogyakarta: Fisika Universitas Sanata Dharma. Spike, B.T. 2006. “The photoacoustic effect”. http://uw.physics.wisc.edu/~timbie/ P325/Spike_photoacoustic_effect.pdf. September

Diakses

pada

tanggal,

12

2009.

Watini, Katarina. 2008. Optimalisasi Detektor Fotoakustik dengan Menentukan Frekuensi Resonansinya. Skripsi FST Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.

56


LAMPIRAN 1

Pada penelitian ini telah dilakukan pengukuran sinyal ternormalisir saat pengaliran gas udara dan pengaliran gas etilen 1 ppm pada sel fotoakustik. Hasil pengukuran sinyal tersebut tampak pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3. Dengan membandingkan tinggi sinyal ternormalisir pada kedua gambar tersebut dapat diketahui letak garis laser pada serapan etilen. Sinyal yang diukur dapat dilihat pada tabel 1 di bawah ini :

Tabel 1: Data sinyal ternomalisir yang diukur untuk menentukan letak garis laser pada serapan etilen A. Penentuan letak 10P14 Stepper motor

B. Penentuan letak 10P16

Sinyal [au]

6630

Daya Laser [au] 2.2

0.19

Sinyal ternormalisir [au] 0.09

6631

2.3

0.5

0.22

6730

6632

2.6

0.7

0.27

Sinyal [au]

Sinyal ternormalisir [au]

6

1.3

0.22

6731

5.7

1.3

0.23

5.5

1.4

0.26

5.3

1.4

0.26

Stepper motor

Daya laser [au]

6633

2.8

0.8

0.29

6732

6634

2.9

1.2

0.41

6733

6635

3.1

1.4

0.45

6734

5

1.4

0.28

4.8

1.3

0.27

6636

3.1

1.6

0.52

6735

6637

3.2

1.8

0.56

6736

4.8

1.3

0.27

6638

3.1

1.9

0.61

6737

4.3

1.2

0.28

3.8

1.2

0.32

3.2

1.1

0.34

6639

3.1

2

0.65

6738

6640

2.8

2

0.71

6739

6641

2.7

2

0.74

6740

2.6

1

0.38

2.1

0.9

0.43

6642

2.6

1.9

0.73

6741

6643

2.3

1.8

0.78

6742

1.7

0.7

0.41

6644

2.1

1.6

0.76

6743

1.6

0.5

0.31

1.6

0.4

0.25

6645

1.8

1.4

0.77

6744

6646

1.7

1.2

0.70

6745

1.7

0.2

0.12

6746

1.6

0.1

0.06

6647

1.7

0.9

0.53

6648

1.7

0.6

0.35


LAMPIRAN 2

Pada penelitian ini, kalibrasi dilakukan saat etilen 1 ppm dialirkan pada sel fotoakustik. Untuk mengalirkan etilen 1 ppm, gas etilen standar 10 ppm diencerkan hingga berkonsentrasi 1 ppm. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen 1 ppm ditampilkan pada tabel 2 di bawah ini : Tabel 2: Data konsentrasi gas etilen standar 1 ppm yang diukur saat kalibrasi NO. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

19 20 21

Waktu [jam] 0.04586 0.09998 0.04566 0.09998 0.04586 0.09998 0.04576 0.09998 0.04732 0.09998 0.04784 0.09998 0.04867 0.09998 0.04489 0.09998 0.04618 0.09998 0.04988 0.09998 0.04758

Konsentrasi gas etilen yang diproduksi

Konsentrasi etilen [ppb] 967.7 971.7 973.1 1060.3 1065.8 975.5 974.8 981.6 977.3 979.7 974.4 1074.7 1065.9 1019.9 1017.3 997.9 1006.6 1050.9 1036.3 949.1 950.4 (1003±9)ppb


LAMPIRAN 3

Pada penelitian ini, buah apel fuji yang digunakan memiliki berat 195

gram. Buah tersebut diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Hasil pengukurannya ditampilkan pada tabel 3 di bawah ini.

Tabel 3 : Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi buah apel fuji No

waktu (jam)

1 1.21288 2 1.22224 3 1.23151 4 1.23842 5 1.24762 6 1.25684 7 1.26604 8 1.27527 9 1.28446 10 1.29369 11 1.30289 12 1.31211 13 1.32124 14 1.33046 15 1.33967 16 1.34889 17 1.35813 18 1.38597 19 1.39516 20 1.40438 21 1.41351 22 1.42273 23 1.43193 24 1.44115 25 1.45035 26 1.45964 27 1.46891 28 1.52429 Konsentrasi gas etilen yang diproduksi

Konsentrasi untuk 195 gr apel [ppb] 817.1 834.0 795.0 829.5 788.3 841.5 783.5 770.1 741.0 825.5 796.9 765.2 740.9 784.9 782.5 770.0 747.5 786.0 788.0 767.7 766.2 801.5 795.4 798.7 791.3 849.8 817.6 858.8 (794 ±6)ppb

Konsentrasi per 1 gr [ppb] 4.2 4.3 4.1 4.3 4.1 4.3 4.0 3.9 3.8 4.2 4.1 3.9 3.8 4.0 4.0 3.9 3.8 4.0 4.0 3.9 3.9 4.1 4.1 4.1 4.1 4.4 4.2 4.4 (4.07±0.03)ppb


LAMPIRAN 4 Pada penelitian ini, buah pisang kepok yang digunakan memiliki berat 74 gram. Buah tersebut diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Hasil pengukurannya ditampilkan pada tabel 4 di bawah

Tabel 4: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi buah pisang kepok No

waktu (jam) 1 1.71365 2 1.72291 3 1.73212 4 1.74133 5 1.75054 6 1.75975 7 1.7689 8 1.77803 9 1.78718 10 1.7963 11 1.80552 12 1.81464 13 1.82379 14 1.83299 15 1.84215 16 1.85134 17 1.86056 18 1.86976 19 1.87891 20 1.88804 21 1.89719 22 1.90633 23 1.91541 24 1.92461 25 1.93369 26 1.94281 27 1.95196 28 1.96109 Konsentrasi gas etilen yang diproduksi

Konsentrasi etilen untuk 74 gr pisang [ppb] 240.7 214.3 228.5 216.7 214.4 203.3 197.9 193.2 185.0 183.9 167.4 169.9 154.8 154.4 160.1 161.3 154.4 149.1 138.9 135.4 145.9 142.3 149.3 151.6 149.1 157.0 153.7 151.9 (172 ± 6)ppb

Konsentrasi etilen per 1 gr [ppb] 3.3 2.9 3.1 2.9 2.9 2.7 2.7 2.6 2.5 2.5 2.3 2.3 2.1 2.1 2.2 2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 2.0 1.9 2.0 2.0 2.0 2.1 2.1 2.1 (2.3 ± 0.1)ppb


LAMPIRAN 5

Pada penelitian ini, kecambah kacang hijau yang digunakan memiliki berat total sebesar 50 gram. Kecambah kacang hijau sebanyak 516 buah yang digunakan, rata – rata memiliki berat 0.097 gram. Kecambah kacang hijau tersebut diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Hasil pengukurannya ditampilkan pada tabel 5 di bawah ini : Tabel 5 : Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi kecambah kacang hijau No

waktu (jam)

1

Konsentrasi etilen untuk 50 gr kecambah [ppb] 2.11696 381.6

2

2.12386

415.6

8.3

0.8

3

2.13306

408.7

8.2

0.8

4

2.14228

482.6

9.7

0.9

5

2.1699

423.7

8.5

0.8

6

2.17912

490.5

9.8

1.0

7

2.18832

459.1

9.2

0.9

8

2.19761

430.4

8.6

0.8

9

2.23457

452.5

9.1

0.9

10

2.24391

483.7

9.7

0.9

11

2.25306

483.1

9.7

0.9

12

2.2624

480.6

9.6

0.9

13

2.28089

400.4

8.0

0.8

14

2.29004

393.4

7.9

0.8

15

2.30853

383.2

7.7

0.7

16

2.31781

383.7

7.7

0.7

17

2.34538

390.1

7.8

0.8

18

2.35466

450.6

9.0

0.9

19

2.36388

468.8

9.7

0.9

20

2.37315

490.3

9.8

1.0

21

2.38237

466.8

9.3

0.9

22

2.39154

535.3

10.7

1.0

23

2.40076

konsentrasi gas etilen yang diproduksi

Konsentrasi etilen konsentrasi per 1 gr kecambah etilen per 0.097 gr [ppb] kecambah [ppb] 7.6 0.7

516.5

10.3

1.0

(446.6 ± 7.8)ppb

(8.9 ± 0.2)ppb

(0.90 ± 0.02)ppb


Lampiran 6

Contoh perhitungan •

Untuk satu kecambah yang digunakan dalam pengukuran ini rata – rata memiliki berat (B) sebesar

0.097 gr. Bila untuk 1 gram kecambah,

konsentrasi etilen (C1) yang dihasilkan sebesar 7,6 ppb (Tabel 4) maka untuk 1 kecambah, konsentrasi yang dihasilkan menjadi :

Cetilen = C1 .B Cetilen = 7,6 ppb(0.097) Cetilen = 0.7 ppb •

Untuk mencari ketidakpastian pada setiap hasil perhitungan digunakan rumus ketidakpastian yaitu :

ketidakpastian =

Σ( X − X i ) 2 n( n − 1)

dengan : X merupakan rata – rata dari seluruh hasil pengukuran Xi merupakan data ke i n merupakan jumlah data yang dihasilkan. Sebagai contoh perhitungan, pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi

buah

apel

dengan

berat

195

gram,

ketidakpastian

pengukurannya sebesar :

ketidakpastian =

26297.78 = 6 ppb 28(28 − 1)

Sehingga pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel, dihasilkan gas etilen sebesar (794 ± 6) ppb.

APLIKASI DETEKTOR FOTOAKUSTIK BERBASIS LASER CO 2 DALAM PENGUKURAN KONSENTRASI GAS ETILEN SECARA REAL TIME

Recommend Documents