APLIKASI SERABUT KELAPA SEBAGAI ADSORBSI UNSUR Pb DALAM SAMPEL CAIR DENGAN METODE LASER INDUCED BREAKDOWN SPECTROSCOPY (LIBS)
SKRIPSI
BIDANG MINAT FISIKA TERAPAN
Ida Ayu Gede Kusuma Dewi
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2016
i
ii
iii
iv
v
vi
APLIKASI SERABUT KELAPA SEBAGAI ADSORBSI UNSUR Pb DALAM SAMPEL CAIR DENGAN METODE LASER INDUCED BREAKDOWN SPECTROSCOPY (LIBS) [Skripsi]
Karya Tulis ini tidak dipublikasikan tetapi tersedia diperpustakaan di lingkungan Universitas Udayana, diperkenankan dipakai sebagai referensi kepustakaan tetapi pengutipan harus menyebutkan sumbernya sesuai dengan kebiasaan ilmiah
Karya tulis ini merupakan hak milik intelektual Universitas Udayana
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas rahmat dan berkat-Nya penyusun dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Aplikasi Serabut Kelapa sebagai Adsorbsi Unsur Pb dalam Sampel Cair dengan Metode Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)”. Penyusun mengucapkan terimakasih kepada seluruh pihak yang telah membantu dan mendukung terselesaikannya skripsi ini. Ucapan terimakasih tersebut penyusun sampaikan kepada: 1.
Bapak Dr. Hery Suyanto, M.T, selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan bimbingan, dukungan dan pengetahuan tentang konsep yang sangat banyak, serta tema pokok yang telah diberikan demi terselesaikannya skripsi ini.
2.
Bapak Drs. Ida Bagus Alit Paramata, M.Si, selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan koreksi yang sangat bermanfaat demi terselesaikannya skripsi ini.
3.
Bapak Ir. S. Poniman, M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA Universitas Udayana yang telah mengesahkan skripsi ini.
4.
Bapak dan Ibu dosen Fisika FMIPA Universitas Udayana yang telah memberikan masukan dan pengetahuan.
5.
Bapak I.B Putra Yadnya, S.Sos, dan Ibu I.A Putu Tantri selaku orang tua kandung yang selalu mendoakan dan memberikan bekal.
6.
Universitas Udayana melalui hibah penelitian unggulan perguruan tinggi tahun anggaran 2015 PNBP dengan surat perjanjian penugasan nomor : 246308/UN14.2/PNL.01.03.00/2015 yang telah membantu untuk membiayai selama penelitian berlangsung.
Penyusun menyadari bahwa pemaparan materi dalam skripsi ini kurang sempurna dan masih terdapat keterbatasan dalam penyampainnya. Oleh karena itu penyusun mengharapkan kritik dan saran dari pembaca agar skripsi ini menjadi lebih baik lagi. Bukit Jimbaran, Januari 2016
Penyusun viii
ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang aplikasi serabut kelapa sebagai adsorbsi unsur Pb dalam sampel cair dengan metode Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui optimasi waktu tunggu pengeringan dan suhu pemanasan sampel, serta menentukan konsentrasi minimum larutan unsur logam berat Pb yang mampu diadsorbsi oleh serabut kelapa. Penelitian dilakukan dalam tiga tahap. Tahap pertama dilakukan penentuan optimasi waktu tunggu pengeringan sampel (10 menit, 20 menit, 30 menit). Tahap kedua penentuan optimasi suhu pemanasan sampel (50°C, 60°C, 70°C, dan 80°C). Terakhir penentuan konsentrasi larutan Pb yang mampu diadsorbsi oleh serabut kelapa dengan konsentrasi 25 ppm, 20 ppm, 15 ppm, dan 10 ppm. Pengambilan data dilakukan oleh LIBS dengan energi laser 120mJ, akumulasi 2, dan waktu tunggu deteksi 1 µs. Emisi atom netral Pb I 405,78 nm ditangkap oleh spektrometer HR 2500⁺ dan ditampilkan spektrum intensitas fungsi panjang gelombang. Data menunjukan bahwa waktu tunggu pengeringan optimum dan suhu optimum pemanasan sampel masing-masing adalah 20 menit dan 70°C. Data juga menunjukan bahwa metode ini dapat menganalisis konsentrasi Pb dengan deteksi limit sebesar 2,91 ppm. Kata Kunci : Unsur Pb, Serabut kelapa, Adsorbsi, LIBS, Deteksi limit. ABSTRACT Research on the application of coconut fibers as Pb adsorption element in the liquid sample by method of Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) has been done. This study aims to determine the waiting time optimization of drying, heating temperature of the sample, and determine the minimum concentration of heavy metals Pb adsorbed by coconut fibers. The study was conducted in three stages. The first stage is the determination of the waiting time optimization of drying samples (10 min, 20 min, 30 min). The second stage is the optimization determination of sample heating temperature (50°C, 60°C, 70°C and 80°C). Final is the determination of the minimum concentration of Pb adsorbed by coconut fibers with a concentration of 25 ppm, 20 ppm, 15 ppm and 10 ppm. Data were collected by LIBS with laser energy of 120 mJ, accumulation of 2, and the delay time detection 1 µs. Neutral atom emission Pb I 405.78 nm captured by the spectrometer HR 2500⁺ and displayed in intensity as a function of wavelength. Data shows that the optimum waiting time of drying and the temperature of heating were 20 minutes and 70°C respectively. The data also show that this method can analyze the concentration of Pb with a limit detection of 2.91 ppm. Keyword : Pb element, coconut fibers, adsorption, LIBS, limit detection.
ix
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL .........................................................................................
i
FAKTA INTEGRITAS .....................................................................................
ii
LEMBAR PRASYARAT GELAR .................................................................. iii LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR ................................................. iv LEMBAR PERSETUJUAN .............................................................................
v
PEDOMAN PENGGUNAAN .......................................................................... vi KATA PENGANTAR........................................................................................ vii ABSTRAK ......................................................................................................... viii DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix DAFTAR TABEL .............................................................................................. xii DAFTAR GAMBAR.......................................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................
1
1.1 Latar Belakang .......................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ..................................................................................
2
1.3 Batasan Masalah ... ...............................................................................
2
1.4 Tujuan Penelitian ... ...............................................................................
3
1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................
3
1.6 Manfaat Penelitian .................................................................................
4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................
5
2.1 Polimer Organik .....................................................................................
5
2.1.1 Serabut kelapa ...............................................................................
6
2.2 Immobilisasi Ion ....................................................................................
7
2.2.1 Adsorbsi .......................................................................................
7
2.2.2 Kompleksasi ................................................................................
9
2.2.3 Pertukaran Ion ..............................................................................
9
2.3 Interaksi Laser dengan Bahan ............................................................... 10 2.3.1 Laser .............................................................................................. 10 2.3.2 LIBS ............................................................................................. 11
x
2.3.3 Metode deteksi plasma menggunakan LIBS ............................... 12 2.4 Karakteristik Unsur Pb .......................................................................... 14 2.4.1 Unsur timbal/plumbum (Pb).......................................................... 14 2.4.2 Karakteristik unsur Pb ................................................................. 15 2.5 Konsentrasi Larutan ............................................................................... 16 BAB III METODE PENELITIAN ................................................................... 17 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ................................................................. 17 3.1.1 Tempat dan waktu penelitian ........................................................ 17 3.2 Alat dan Bahan ...................................................................................... 17 3.2.1 Alat ............................................................................................... 17 3.2.2 Bahan ............................................................................................ 17 3.3 Sistematika Penelitian............................................................................ 18 3.3.1 Penentuan waktu pengeringan dan suhu penguatan sampel (serabut kelapa) ............................................................................ 18 3.3.2 Penentuan konsentrasi unsur logam berat Pb yang mampu diadsorbsi sampel ......................................................................... 18 3.4 Pengambilan Data .................................................................................. 18 3.5 Bagan Alir Penelitian ............................................................................. 20 3.5.1 Analisis bahan serabut kelapa ....................................................... 20 3.5.2 Optimasi waktu tunggu dan suhu pemanasan sampel ................. 22 3.5.3 Optimasi analisis kuanlitatif larutan Pb dengan metode LIBS ..... 22 3.6 Tabel Data Penelitian ............................................................................. 23 3.6.1 Data optimasi waktu tunggu pengeringan sampel ........................ 23 3.6.2 Data optimasi suhu pemanasan sampel ........................................ 23 3.6.3 Data konsentrasi yang mampu diadsorbsi oleh sampel ................ 23 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian ..................................................................................... 24 4.1.1 Penentuan optimum waktu tunggu pengeringan sampel ............. 24 4.1.2 Penentuan suhu optimum penguatan ikatan unsur Pb teradsorbsi ......................................................... 25 4.1.3 Penentuan konsentrasi larutan logam berat Pb ............................ 25 4.2 Pembahasan ........................................................................................... 26
xi
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ........................................................................................... 32 5.2 Saran ..................................................................................................... 32 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
xii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 2.1 Karakteristik unsur Pb....................................................................... 15 Tabel 3.1 Data hasil optimasi waktu tunggu penembakan sampel dengan energi laser tetap ................................................................... 23 Tabel 3.2 Data hasil optimasi suhu pemanasan sampel dengan energi laser dan waktu tunggu penembakan sampel tetap ................ 23 Tabel 3.3 Data konsentrasi larutan yang mampu difiltrasi oleh sampel ........... 23 Tabel 4.1 Nilai intensitas maksimal unsur Pb terhadap waktu pengeringan .... 24 Tabel 4.2 Nilai intensitas maksimal unsur Pb terhadap perubahan suhu penguatan sampel ............................................................................. 25 Tabel 4.3 Nilai intensitas maksimal unsur Pb terhadap perubahan konsentrasi larutan Pb ......................................................................................... 26 tabel 4.4
Nilai standar deviasi untuk masing-masing penurunan konsentrasi larutan Pb .......................................................................................... 31
xiii
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1
Mekanisme reaksi polimer adisi ...............................................
5
Gambar 2.2
Mekanisme reaksi polimer kondensasi .....................................
6
Gambar 2.3
Bagian-bagian buah kelapa .......................................................
7
Gambar 2.4
Ilustrasi sederhana sebuah atom ................................................ 10
Gambar 2.5
Eksitasi elekron ke tingkat energi yang lebih tinggi ................. 11
Gambar 2.6
Kembalinya elektron ke tingkat energi semula disertai emisi cahaya ............................................................................. 11
Gambar 2.7
Skema sederhana komponen utama LIBS ................................. 12
Gambar 2.8
Metode deteksi plasma pada LIBS ........................................... 13
Gambar 3.1
Skema rangkaian alat Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) .................................................................. 19
Gambar 3.2
Bagan alir analisis bahan serabut kelapa ................................... 20
Gambar 3.3
Skema alur penentuan waktu tunggu pengeringan dan suhu penguatan sampel ............................................................. 21
Gambar 3.4
Bagan alir analisis kuanlitatif sampel cair ................................. 22
Gambar 4.1
Grafik intensitas emisi atom netral Pb 405,78 nm fungsi waktu tunggu pengeringan sampel ........................................... 27
Gambar 4.2
Grafik intensitas emisi atom netral Pb 405,78 nm fungsi optimasi suhu penguatan sampel .............................................. 28
Gambar 4.3
Grafik intensitas emisi atom netral Pb 405,78 nm fungsi konsentrasi untuk penurunan konsentrasi larutan Pb 1000 ppm, 500 ppm, 50 ppm, 30 ppm, 25 ppm, 20 ppm, 15 ppm, dan 10 ppm ................................................................................ 29
Gambar 4.3
Grafik intensitas fungsi konsentrasi untuk penurunan konsentrasi larutan Pb ............................................................... 30
xiv
