7
3. Pengenceran Proses pengenceran dilakukan dengan menambahkan 0,5-1 ml akuades secara terus menerus setiap interval waktu tertentu hingga mencapai nilai transmisi yang stabil (pengenceran hingga penambahan 10 ml akuades). Nilai konsentrasi pada saat pengenceran adalah C
(5)
C
Keterangan : Co adalah konsentrasi TSP (µg/m3); terukur Ci adalah konsentrasi menggunakan sensor kristal fotonik satu dimensi (µg/m3); Vo adalah volume penjerap setelah sampling pada konsentrasi Co (ml); volume penjerap + Vi adalah penambahan penjerap untuk Ci (ml);
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Karakterisasi Particulate (TSP)
Total
Suspended
Karakterisasi TSP menggunakan metode spektrometri. Spektrometri merupakan teknik yang digunakan untuk mengukur konsentrasi suatu zat berdasarkan spektroskopi. Spektroskopi adalah bidang ilmu yang mempelajari interaksi antara radiasi dan materi sebagai fungsi panjang gelombang.14 Analisis ini menghasilkan panjang gelombang absorbsi. Panjang gelombang absorbsi diperoleh dari perubahan transmitansi sampel (jerapan TSP). Transmitansi merupakan fraksi daya yang masuk dan yang diteruskan oleh sampel.15 Sampel TSP Dalam karakteristik spektrometri ini, TSP diperoleh dari asap kendaraan bermotor roda dua, dihisap dengan pompa vakum dan dijerap dalam tabung penjerap berdiameter 2,4 cm dan tinggi 12,1 cm. TSP yang dijerap (dengan akuades) menjadi suatu campuran, karena jerapan yang dihasilkan tidak bereaksi. Campuran yang dihasilkan dalam penelitian ini tidak berwarna atau transparan dan tidak berbau. Hasil spektroskopi TSP Analisis spektroskopi dilakukan melalui pengukuran transmitansi dengan
menggunakan ocean optics spectrophotometer UV-Vis USB 4000. Hasil pengukuran transmitansi TSP ditunjukkan sebagai Gambar 6. Pada Gambar 6 terlihat bahwa transmitansi akuades sebagai blanko, diatur sedemikian sehingga menunjukkan transmitansi 100% pada panjang gelombang cahaya tampak. Transmitansi akuades 100% digunakan sebagai kalibrasi untuk memperoleh transmitansi TSP. Hasil pengukuran transmitansi TSP menunjukkan bahwa tidak ada perubahan bentuk spektrum transmisi yang menyolok, hanya intensitas transmitansi yang berubah nyata pada rentang cahaya tampak 400 – 800 nm, turun kurang lebih menjadi 80–85% T seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Absorbansi campuran TSP naik hingga 0,1 a.u (arbitrary unit) ditunjukkan pada Gambar 7. Dalam hukum Beer Lambert, absorbansi didefenisikan sebagai logaritma berbasis 10 dari kebalikan transmitansi.15 Transmitansi sebagai persentase cahaya yang mampu melewati sampel maka absorbansi Gambar 7, menunjukkan kuantitas cahaya yang diserap oleh sampel. Hasil karakterisasi TSP (dengan metode spektrometri) yang terjerap dalam akuades, menunjukkan bahwa TSP menyerap cahaya yang dilewatkan sehingga cahaya yang merambat lebih sedikit dibandingkan jika melewati akuades. Hal ini merupakan sifat partikulat yaitu sifat absorbsi spektrum EM. Hasil pengujian menunjukkan TSP terdeteksi pada semua panjang gelombang cahaya tampak. Oleh karena itu agar pengukuran terfokus pada satu panjang gelombang, maka dipilih panjang gelombang 535 nm sebagai panjang gelombang operasi. Panjang gelombang operasi sebagai acuan untuk desain dan fabrikasi sensor. Pemilihan panjang gelombang operasi 535 nm sebagai puncak PPB berkaitan dengan ketersediaan sensor kristal fotonik satu dimensi yang sudah diproduksi. Hasil pengujian sensor kristal fotonik satu dimensi yang sudah diproduksi, dengan cahaya polikromatik dan monokromatik sebagai sumber cahaya, menunjukkan intensitas cahaya tertinggi (puncak PPB tertinggi) pada panjang gelombang 533,16 nm. Terdapat perbedaan hasil yang diharapkan (desain sensor 535 nm) dengan hasil fabrikasi (533,16 nm). Hal tersebut disebabkan karena adanya tooling factor (faktor deviasi dari alat) saat fabrikasi sensor.
8
Gambar 6. Hubungan transmitansi akuades dan sampel
Gambar 7. Hubungan absorbansi sampel dan panjang gelombang
Gambar 8. Intensitas cahaya polikromatik dan monokromatik
Hasil pengujian jenis sumber cahaya (polikromatik dan monokromatik), menunjukkan intensitas PPB dari sumber cahaya monokromatik lebih tinggi dari pada intensitas PPB dari sumber cahaya
polikromatik (Gambar 8). Sumber cahaya monokromatik yang digunakan berupa light emiting diode (LED) berwarna hijau. Cahaya warna hijau berada pada panjang gelombang 500 - 560 nm.15 Sumber cahaya ini bisa
9
digunakan untuk deteksi TSP karena panjang gelombang deteksi pada 533,16 nm masih berada pada selang 500 – 560 nm. Konsentrasi TSP secara Gravimetri TSP diperoleh dari udara permukaan lingkungan. Udara dihisap melalui filter di dalam shelter HVAS dengan menggunakan pompa vakum laju alir tinggi sehingga partikulat terkumpul di permukaan filter. Filter digunakan sebagai media pengumpulan partikulat.5 Penelitian ini dilakukan di Gerbang utama Kampus IPB Dramaga Bogor. Pengambilan TSP secara gravimetri (menggunakan HVAS) dengan laju alir ratarata 1,1 m3/menit selama 60 menit. Setelah pengambilan sampel, filter yang berada di dalam shelter HVAS ditimbang kembali. Selisih massa filter sesudah dan sebelum digunakan, merupakan massa TSP yang terperangkap. Pengukuran ini dilakukan bersamaan dengan uji kepekaan kristal fotonik satu dimensi. Konsentrasi TSP yang didapatkan adalah 200,868 µg/m³ dilakukan pada suhu 36,7–37,7 oC dan tingkat kelembaban udara 36–40%. Pengukuran berikutnya diperoleh konsentrasi TSP 120,512 µg/m³ dilakukan pada suhu 36,6–37,6 oC dan tingkat kelembaban udara 35–38%. Berdasarkan SNI 19-7119.3-20054, dinyatakan jumlah minimum partikel yang dideteksi HVAS dengan metode gravimetri adalah 3 µg dengan tingkat kepercayaan 95% dan alat dioperasikan dengan laju alir rata-rata 1,7 m3/menit selama 1440 menit (24 jam), maka hasil yang didapatkan adalah 1-2 µg/m3. Kepekaan Sensor Kristal Fotonik Satu Dimensi Pengujian karakteristik optik dan kepekaan sensor kristal fotonik satu dimensi dilakukan dengan mengukur transmisi cahaya yang diterima fotodetektor. Fotodetektor digunakan untuk menangkap pancaran cahaya dari sumber cahaya, yang mampu melewati sampel. Fotodetektor yang digunakan adalah fotometer dari ocean optics spectrophotometer UV Vis USB 4000 dan fotodioda. Sensor kristal fotonik yang digunakan dalam penelitian ini adalah sensor kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect (cacat). Penjerap dan sampel yang diuji merupakan defect kedua.12
Gelombang EM yang dilewatkan di dalam kristal fotonik satu dimensi yang disisipi penjerap dan sampel, diterima oleh fotodetektor. Transmisi cahaya yang diterima spektrofotometer berupa intensitas cahaya dalam satuan counts yang kemudian dikonversi menjadi Watt/m2. Transmisi cahaya yang diterima oleh fotodioda berupa tegangan yang terbaca pada voltmeter. Besar kecilnya tegangan yang dihasilkan oleh fotodioda tergantung besar kecilnya pancaran cahaya yang diterima fotodioada, demikian juga intensitas cahaya yang diterima spektrofotometer. Intensitas transmisi cahaya yang diterima oleh fotodetektor dipengaruhi oleh konsentrasi sampel pada defect dua. Spektrum representatif transmisi cahaya yang diterima oleh spektrofotometer selama 60 menit secara real-time ditunjukkan pada Gambar 9. Hasil pengukuran menunjukkan munculnya fenomena PPB pada daerah PBG pada panjang gelombang operasi 533,16 nm. Gambar 9 memperlihatkan intensitas transmisi cahaya (intensitas PPB) tertinggi pada saat kalibrasi awal, kondisi belum ada TSP yang terjerap yaitu sebelum penyedotan udara. Puncak-puncak intensitas cahaya saat penjerapan (real-time) dihubungkan terhadap waktu pengambilan sampel, ditunjukkan pada Gambar 10. Intensitas cahaya berupa tegangan yang dihasilkan oleh fotodioda dari pancaran cahaya yang mengenainya secara real-time ditunjukkan pada Gambar 11. Gambar 10 menunjukkan intensitas cahaya pada titik awal (sebelum pengambilan sampel) lebih tinggi dibandingkan intensitas cahaya setelah dua menit, penurunan intensitas yang ditunjukan cukup besar (dari 106,03 x 103 Watt/m2 menjadi 76,95 x 103 Watt/m2). Keadaan ini disebabkan kondisi awal (pengambilan sampel) dari pompa vakum belum stabil. Setelah dua menit, intensitas transmisi cahaya yang melewati jerapan menurun perlahan, karena laju alir penyedotannya kecil, yaitu 0,4 Liter/menit. Gambar 11 menunjukkan tegangan yang dihasilkan fotodioda selama satu jam pengambilan sampel semakin kecil. Hal tersebut, menunjukkan bahwa semakin lama waktu pengambilan sampel, maka intensitas transmisi cahaya yang diterima spektrofotometer dan fotodioda cenderung semakin menurun, karena semakin banyak TSP yang terjerap. Sehingga pancaran cahaya yang mampu melewati jerapan dan yang diterima fotodetektor semakin sedikit. Ketika cahaya melewati medium yang mengandung
10
partikulat tersuspensi, mengakibatkan intensitas menurun sebagai hasil adanya penyerapan dan hamburan.16 Apabila seberkas sinar ditembuskan kedalam cairan yang tak menyerap sinar, maka sebagian sinar
dihamburkan. Jika cairan pelarut menjadi tidak homogen oleh penambahan suatu molekul maka akan terjadi peningkatan hamburan.17
Gambar 9. Spektrum representatif transmisi cahaya pada daerah PBG (saat pengambilan sampel)
Gambar 10. Hubungan intensitas cahaya yang melewati sampel dan waktu
Gambar 11. Hubungan tegangan keluaran fotodioada dan waktu
11
Pada selang waktu tertentu intensitas cahaya yang ditunjukkan dalam Gambar 10 dan Gambar 11 terlihat turun-naik. Hal ini karena TSP yang dijerap dalam penjerap menjadi campuran yang tidak homogen karena partikulat-partikulat yang terjerap mengendap. Menurut Fardiaz8 dan Pudjiastuti9 salah satu sifat partikel debu adalah dapat mengendap. Kecepatan pengendapan ditentukan dari ukuran dan densitas partikel serta aliran turbulensi udara. Semakin besar ukuran partikel, maka pengendapannya semakin cepat.8 Partikel debu yang cenderung selalu mengendap karena gaya gravitasi bumi.9 Naik-turunnya intensitas cahaya juga dapat dipengaruhi oleh sumber TSP. Sumber utama partikel debu adalah dari pembakaran bahan bakar.8 Pada saat pengambilan sampel, kendaraan (yang menggunakan bahan bakar) yang melintas tidak menentu dan tidak sama tiap waktu. Diduga saat tertentu dalam selang satu jam, udara yang masuk ke dalam penjerap tidak mengandung TSP, karena pengaruh sumber TSP. Pengukuran intensitas cahaya secara real-time di lapangan dengan laju alir penyedotan TSP 4.10-4 m3/menit (0,4 liter/menit) selama 60 menit. Pengukuran ini dilakukan bersamaan dan kondisi yang sama dengan pengambilan TSP secara gravimetri. Konsentrasi TSP yang diperoleh secara gravimetri 120,512 µg/m³, pengambilan
sampel ini bersamaan dengan pengukuran transmisi cahaya yang diterima spektrofotometer secara real-time. Sehingga dengan analisis perbandingan laju alir diperoleh konsentrasi TSP yang terjerap sebanyak 0,0438 µg/m³, dengan spektrofotometer sebagai fotodetektor. Secara gravimetri konsentrasi TSP yang terperangkap 200,868 µg/m³, dilakukan bersamaan dengan pengukuran transmisi cahaya yang diterima fotodioda secara real-time. Sehingga dengan analisis perbandingan laju alir diperoleh konsentrasi TSP yang terjerap sebanyak 0,073 µg/m³, dengan fotodioda sebagai fotodetektor. Jerapan TSP yang diperoleh diencerkan, untuk mendapatkan nilai transmisi cahaya dan nilai konsentrasi saat pengenceran. Pengenceran dilakukan dengan penambahan 0,5 – 1 ml akuades ke dalam tabung penjerap yang berisi jerapan TSP. Intensitas transmisi cahaya yang diterima spektrofotometer saat pengenceran berupa kurva fenomena PPB pada daerah PBG, ditunjukkan pada Gambar 12. Intensitas transmisi cahaya yang diterima fotodetektor dihubungkan terhadap penambahan akuades ditunjukkan pada Gambar 13. Tegangan yang dihasilkan oleh fotodioda dari transmisi cahaya yang diterimanya saat pengenceran ditunjukkan pada Gambar 14.
Gambar 12. Spektrum representatif transmisi pada daerah PBG (saat pengenceran)
12
Gambar 13. Hubungan intensitas cahaya yang melewati sampel dan volum penambahan akuades
Gambar 14. Hubungan tegangan keluaran fotodioda dan volum penambahan akuades
Gambar 13 dan Gambar 14, memperlihatkan bahwa intensitas transmisi cahaya terendah diperoleh sebelum penambahan akuades ke dalam jerapan. Hal ini karena partikulat-partikulat yang berada di dalam jerapan menyerap cahaya yang mengenainya sehingga yang dilewatkan sedikit. Berdasarkan kedua gambar tersebut dapat dilihat bahwa semakin banyak penambahan akuades maka terjadi peningkatan intensitas cahaya yang diterima oleh fotodetektor. Pada penambahan akuades pertama kali dengan penambahan akuades kedua kali (Gambar 13), terjadi peningkatan intensitas transmisi cahaya yang cukup besar. Demikian juga Gambar 14, terjadi peningkatan tegangan yang relatif tinggi antara penambahan akuades ke 18 kali dengan penambahan akuades ke 19 kali. Peningkatan
yang cukup tinggi ini dimungkinkan karena pergeseran sumber cahaya. Dan juga karena jerapan yang dihasilkan bukan berupa larutan yang homogen. Sehingga setelah penambahan akuades, jerapan tidak langsung menjadi campuran yang merata mengakibatkan peningkatan intensitas cahaya yang ditansmisikan tiap penambahan akuades tidak sama. Penambahan akuades mengakibatkan konsentrasi TSP yang berada di dalam jerapan semakin sedikit. Konsentrasi pengenceran diperoleh dari perbandingan volume jerapan sebelum penambahan akuades dengan sesudah penambahan akuades terhadap konsentrasi awal jerapan. Konsentrasi pengenceran dihubungkan terhadap intensitas transmisi cahaya yang mampu melewati jerapan, ditunjukkan pada Gambar 15 dan Gambar 16.
13
Gambar 15. Hubungan intensitas cahaya yang melewati sampel dan konsentrasi TSP
Gambar 16. Hubungan tegangan keluaran fotodioda dan konsentrasi TSP
Pada kurva pengenceran (Gambar 13 dan Gambar 14), kenaikan intensitas cahaya yang diterima fotodetektor tidak stabil, karena campurannya tidak homogen. Partikulatpartikulat yang sudah dijerap diduga menghamburkan cahaya. Gelombang cahaya yang menumbuk suatu permukaan medium transparan pada umumnya akan dipantulkan. Dari sifat optik partikulat, partikulat dapat mempengaruhi sinar dan menyebabkan pembiasan.8 Dapat diduga juga karena kepekaan dari sensor dan gangguan sistem lingkungan. Hasil analisis regresi linear dari kurva pengenceran konsentrasi terhadap intensitas transmisi cahaya yang diterima spektrofotometer sebagai fotodetektor menunjukkan nilai sensitivitas sebesar 401,1 (103 Watt/m2)/(µg/m³) dengan koefisien determinasi 76,0% pada selang konsentrasi 0,0213 - 0,0438 µg/m³. Fotodioada sebagai fotodetektor diperoleh nilai sensitivitasnya sebesar 891,5 mV/(µg/m³) dengan koefisien determinasi 74,6% pada selang konsentrasi 0,0356 - 0,0730 µg/m³. Gambar 15 dan
Gambar 16 menunjukan hubungan antara perubahan konsentrasi TSP yang terjerap terhadap intensitas transmisi cahaya yang diterima oleh fotodetektor adalah berbanding terbalik. Semakin banyak TSP yang terjerap maka intensitas transmisi cahaya yang diterima fotodetektor semakin sedikit, demikian pula sebaliknya. Berdasarkan persamaan garis linear dari Gambar 15 dan Gambar 16 dapat diperoleh nilai konsentrasi saat pengambilan sampel secara real-time. Nilai intensitas transimisi cahaya dari Gambar 10 dimasukkan ke dalam persamaan Gambar 15 dan nilai tegangan Gambar 11 dimasukkan ke dalam persamaan Gambar 16. Intensitas transmisi cahaya dan tegangan, sebagai nilai pada variabel sumbu Y dari persamaan Gambar 15 dan Gambar 16. Sehingga nilai yang diperoleh sebagai nilai pada variabel sumbu X adalah nilai konsentrasi. Nilai-nilai konsentrasi yang diperoleh dari persamaan, dihubungkan terhadap waktu pengambilan sampel. Nilai konsentrasi saat pengukuran intensitas cahaya dengan spektrofotometer ditunjukkan pada
