8 7 tegangan (v)
Sifat Sensor Gas Amonia Lapisan Tipis PANI Data yang diamati berupa perubahan sifat listrik akibat adanya gas amonia pada permukaan lapisan tipis PANI. Pengujian sifat listrik bahan adalah penurunan resistansi bahan ketika bereaksi dengan gas amonia. Hal ini terjadi karena adanya pemindahan proton dari gas amonia (NH3) ke PANI sehingga mengakibatkan adanya peningkatan jumlah proton terhadap polimer PANI. Pengujian dilakukan dengan memasukkan lapisan tipis polianilin yang terbentuk pada substrat PCB ke dalam test chamber kemudian diberikan tegangan dengan menggunakan baterai 9 volt. Sensor tegangan dihubungkan pada sensor PANI, kemudian sensor tersebut dihubungkan pada sebuah Personal Computer (PC) dengan menggunakan sebuah interface. Pertama-tama sensor dijalankan pada kondisi tanpa gas amonia, beberapa detik kemudian diberi gas amonia dengan menggunakan syringe ke dalam chamber dan ditahan beberapa saat. Tegangan turun hingga ke keadaan stasioner. Hal ini disebabkan karena adanya penurunan resistansi. Setelah itu dilakukan penambahan konsentrasi gas amonia dengan menggunakan syringe ke dalam chamber yang konsentrasinya sama dengan konsentrasi pada saat memasukkan gas amonia yang pertama sehingga konsentrasi gas amonia pada chamber menjadi 2 kali konsentrasi gas amonia awal dan ditahan beberapa saat. Tegangan turun lagi hingga ke keadaan stasioner, selanjutnya juga dilakukan penambahan yang sama seperti pada penambahan kedua sehingga konsentrasi gas amonia pada chamber menjadi 3 kali konsentrasi gas amonia awal dan ditahan beberapa saat. Tegangan turun lagi hingga ke keadaan stasioner. Kemudian tutup chamber dibuka sehingga gas amonia yang ada di dalam chamber tersebut akan keluar sehingga konsentrasi gas amonia di dalam chamber akan semakin berkurang, maka tegangan akan naik kembali ke keadaan semula. Sehingga diperoleh kurva respon dinamik sensor terhadap konsentrasi gas amonia yang dapat dilihat pada sebuah Personal Computer (PC) yang telah dihubungkan dari sensor tegangan dengan menggunakan sebuah interface yaitu PASCO Science Workshop 750. Berdasarkan kurva respon dinamik tersebut, tampak tiga nilai tegangan stasioner yang menurun seiring kenaikan konsentrasi
gas amonia. Dari data tersebut dibuat kurva tegangan stasioner terhadap konsentrasi gas amonia. Kemudian diperoleh kurva resistansi stasioner terhadap konsentrasi gas amonia berdasarkan hukum Ohm bahwa V=IR. Gambar 7, 8 dan 9 menunjukkan respon dinamik sensor terhadap konsentrasi gas amonia. Ketika diberi gas amonia dengan konsentrasi 7,3x104 ppm dan ditahan beberapa saat, tegangan turun hingga sampai ke keadaan stasioner. Pada penambahan konsentrasi gas amonia sehingga konsentrasi nya menjadi 14,6x104 ppm dan ditahan beberapa saat, juga terjadi penurunan tegangan hingga ke keadaan stasioner. Begitu juga pada penambahan konsentrasi gas amonia dengan konsentrasi menjadi 22x104 ppm. Sebaliknya, ketika chamber dibuka, gas amonia akan keluar dari chamber tersebut sehingga konsentrasi gas amonia di dalam chamber akan semakin berkurang, maka tegangan akan kembali naik sampai ke keadaan semula. Variasi dopant HCl berpengaruh terhadap kinerja sensor, yaitu mempengaruhi tegangan jatuh sensor setelah dikenai gas amonia. Konsentrasi dopant yang lebih tinggi menghasilkan tegangan jatuh yang perubahannya lebih besar dibandingkan dengan konsentrasi dopant yang lebih rendah.
4
7,3x10 ppm
6 5
4
14,6x10 ppm
4 4
22x10 ppm 3 2 0
100
200
300
400
500
600
700
800
waktu (s)
Gambar 7 Respon Dinamik Sensor PANI (HCl 4M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia 7 6 4
tegangan (v)
HASIL DAN PEMBAHASAN
7,3x10 ppm
5 4
4
14,6x10 ppm 3
4
22x10 ppm
2 1 0
100
200
300
400
500
600
700
800
waktu (s)
Gambar 8 Respon Dinamik Sensor PANI (HCl 5M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia
5
7
4.5 4
5
4
tegangan (v)
tegangan (v)
6 7,3x10 ppm
4 3
3 2.5 2 1.5
4
2
3.5
14,6x10 ppm 4
22x10 ppm
1
1
0.5
0
0 0
100
200
300
400
500
600
0
700
5
10
15
20
25
4
waktu (s)
konsentrasi (10 ppm)
Gambar 9 Respon Dinamik Sensor PANI (HCl 6M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia
Gambar 12 Tegangan Stasioner Sensor PANI (HCl 6M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia
Gambar 10, 11 dan 12 menunjukkan kurva tegangan stasioner terhadap konsentrasi gas amonia. Gambar 10 memperlihatkan tegangan stasioner sensor terhadap konsentrasi gas amonia untuk polianilin dengan doping 4M HCl yang diperoleh dari kurva respon dinamik sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia pada Gambar 7.
Gambar 12 memperlihatkan tegangan stasioner sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia untuk polianilin dengan doping 6M HCl yang diperoleh dari kurva respon dinamik sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia pada Gambar 9. Gambar 10 memperlihatkan bahwa sensor PANI dengan konsentrasi dopant HCl 4M memiliki linieritas yang lebih tinggi dibandingkan dengan Gambar 11 yaitu sensor PANI dengan konsentrasi dopant HCl 5M dan Gambar 12 yaitu sensor PANI dengan konsentrasi dopant HCl 6M. Gambar 11 memperlihatkan bahwa sensor PANI dengan konsentrasi dopant HCl 5M memiliki linieritas yang lebih tinggi dibandingkan dengan Gambar 12 yaitu sensor PANI dengan konsentrasi dopant HCl 6M. Gambar 13, 14, dan 15 menunjukkan kurva hambatan stasioner sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia yang diperoleh dari kurva tegangan stasioner sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia berdasarkan hukum Ohm bahwa V=IR.
7
tegangan (v)
6 5 4 3 2 1 0 0
5
10
15
20
25
4
konsentrasi (10 ppm)
Gambar 10 Tegangan Stasioner Sensor PANI (HCl 4M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia 6
1.6
4
1.4 hambatan (Mohm)
tegangan (v)
5
3 2 1 0 0
5
10
15
20
25
4
konsentrasi (10 ppm)
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
Gambar 11 Tegangan Stasioner Sensor PANI (HCl 5M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia Gambar 11 memperlihatkan tegangan stasioner sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia untuk polianilin dengan doping 5M HCl yang diperoleh dari kurva respon dinamik sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia pada Gambar 8.
5
10
15
20
25
4
konsentrasi (10 ppm)
Gambar 13 Hambatan Stasioner Sensor PANI (HCl 4M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia Gambar 13 memperlihatkan hambatan stasioner sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia untuk polianilin dengan doping 4M HCl yang diperoleh dari kurva tegangan
1 0.9 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0
5
10
15
20
25
4
konsentrasi (10 ppm)
Gambar 14 Hambatan Stasioner Sensor PANI (HCl 5M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia Gambar 14 memperlihatkan hambatan stasioner sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia untuk polianilin dengan doping 5M HCl yang diperoleh dari kurva tegangan stasioner sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia pada Gambar 11 berdasarkan hukum Ohm bahwa V=IR.
2 1.5 1 0.5 0 0
5
10
15
20
25
4
konsentrasi (10 ppm)
Gambar 16 Hubungan Konduktansi PANI (HCl 4M) terhadap Konsentrasi Gas NH3
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4
3.5
0.3 0.2 0.1 0 0
5
10
15
20
25
4
konsentrasi (10 ppm)
Gambar 15 Hambatan Stasioner Sensor PANI (HCl 6M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia Gambar 15 memperlihatkan hambatan stasioner sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia untuk polianilin dengan doping 6M HCl yang diperoleh dari kurva tegangan stasioner sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia pada Gambar 12 berdasarkan hukum Ohm bahwa V=IR. Gambar 13 memperlihatkan bahwa sensor PANI dengan konsentrasi dopant HCl 4M memiliki linieritas yang lebih tinggi dibandingkan dengan Gambar 14 yaitu sensor PANI dengan konsentrasi dopant HCl 5M dan Gambar 15 yaitu sensor PANI dengan konsentrasi dopant HCl 6M. Gambar 14 memperlihatkan bahwa sensor PANI dengan konsentrasi dopant HCl 5M memiliki linieritas yang lebih tinggi dibandingkan
konduktansi (mikro siemens)
hambatan (Mohm)
2.5
3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0
5
10
15
20
25
4
konsentrasi (10 ppm)
Gambar 17 Hubungan Konduktansi PANI (HCl 5M) terhadap Konsentrasi Gas NH3 8 konduktansi (mikro siemens)
hambatan (Mohm)
0.8
dengan Gambar 15 yaitu sensor PANI dengan konsentrasi dopant HCl 6M. Gambar 16, 17 dan 18 memperlihatkan hubungan antara konsentrasi gas amonia dengan konduktansi yang diperoleh dari kurva hambatan stasioner sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia berdasarkan hubungan bahwa resistansi berbanding terbalik dengan konduktansi. Semakin besar konsentrasi gas amonia, maka konduktansi PANI semakin tinggi. Hal ini disebabkan oleh karena semakin tingginya jumlah proton yang pindah dari gas amonia ke PANI sehingga mengakibatkan adanya peningkatan jumlah proton terhadap polimer PANI.
konduktansi (mikro siemens)
stasioner sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia pada Gambar 10 berdasarkan hukum Ohm bahwa V=IR.
7 6 5 4 3 2 1 0 0
5
10
15
20
25
4
konsentrasi (10 ppm)
Gambar 18 Hubungan Konduktansi PANI (HCl 6M) terhadap Konsentrasi Gas NH3
7
teg an g an (v)
6.5
6
5.5
5 0
50
100
150
200
250
300
350
w aktu (s)
Gambar 19 Respon Dinamik Sensor PANI (HCl 4M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia
7
te g a n g a n (v )
6.5 6 5.5 5 4.5 4 0
50
100
150
200
250
300
350
waktu (s)
Gambar 20 Respon Dinamik Sensor PANI (HCl 5M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia 7 6.5 6 te g a n g a n (v )
Gambar 19, 20 dan 21 memperlihatkan respon dinamik sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia yaitu waktu yang diperlukan sensor untuk menghasilkan suatu keluaran sensor untuk berubah dari keadaan awal ke keadaan akhir yang disebut response time dan waktu yang diperlukan sensor untuk menghasilkan suatu keluaran untuk kembali ke keadaan awal yang disebut recovery time. Masing-masing sensor memiliki karakter yang berbeda yaitu ada yang memiliki response time cepat tetapi memiliki recovery time lambat, sebaliknya ada yang memiliki response time lambat tetapi memiliki recovery time cepat. Sensor PANI pada penelitian ini memiliki response time lambat tetapi memiliki recovery time cepat. Gambar 19 memperlihatkan respon dinamik sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia untuk polianilin dengan doping 4M HCl memilki response time selama 128 detik dan recovery time selama 45 detik. Gambar 20 memperlihatkan respon dinamik sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia untuk polianilin dengan doping 5M HCl memiliki response time selama 116 detik dan recovery time selama 60 detik. Sedangkan Gambar 21 memperlihatkan respon dinamik sensor PANI terhadap konsentrasi gas amonia untuk polianilin dengan doping 6M HCl memiliki response time selama 165 detik dan recovery time selama 20 detik. Dari ketiga gambar di atas, Gambar 19 sensor untuk polianilin dengan doping 4M HCl dan Gambar 20 sensor untuk polianilin dengan doping 5M HCl response time dan recovery time sensor tersebut memiliki selisih yang tidak begitu besar, tetapi pada Gambar 21 sensor untuk polianilin dengan doping 6M HCl response time sensor tersebut lebih lama dibandingkan kedua sensor lainnya dan recovery time sensor tersebut yang lebih cepat dari kedua sensor lainnya.
5.5 5 4.5 4 3.5 3 0
50
100
150
200
250
300
350
waktu (s)
Gambar 21 Respon Dinamik Sensor PANI (HCl 6M) terhadap Konsentrasi Gas Amonia Tabel 2 memperlihatkan nilai sensitivitas PANI dengan berbagai konsentrasi dopant HCl yang diperoleh dari perbandingan perubahan tegangan keluaran sensor PANI dengan perubahan konsentrasi gas amonia. Tabel 2 Nilai Sensitivitas PANI dengan Berbagai Konsentrasi Dopant HCl Konsentrasi Dopant Sensitivitas HCl (volt/ppm) (M) 4 0.00304 5 0.00365 6 0.00462 Tabel 2 menunjukkan bahwa sensitivitas berbanding lurus dengan konsentrasi dopant HCl. Semakin tinggi konsentrasi dopant HCl yang diberikan ke sensor PANI maka sensitivitas PANI semakin tinggi. Pada konsentrasi dopant HCl 4M dapat dilihat bahwa setiap perubahan konsentrasi NH3 sebesar 1 ppm maka akan terjadi penurunan tegangan sebesar 0.00304 volt dan pada konsentrasi dopant HCl 5M dapat dilihat juga bahwa setiap perubahan konsentrasi NH3 sebesar 1 ppm maka akan terjadi penurunan tegangan yang lebih besar dibanding penurunan tegangan pada dopant HCl 4M
yaitu sebesar 0.00365 volt, begitu juga pada konsentrasi dopant HCl 6M bahwa setiap perubahan konsentrasi NH3 sebesar 1 ppm maka akan terjadi penurunan tegangan yang lebih besar dibanding penurunan tegangan pada dopant HCl 4M dan 5M yaitu sebesar 0.00462 volt
DAFTAR PUSTAKA [1]
Anonim. Toxic FAQ Sheet for Ammonia. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR), September 2004.
[2]
Anonim. Hazardous Materials (HM) Safety Permits. from the website of the United States Department of Transportation (DOT)
[3]
Wang Y, Jing X, Kong J. Polyaniline Nanofibers Prepared with Hydrogen Peroxide as Oxidant. Synthetic Metals 157, 269-275 (2007)
[4]
Maddu A, Wahyudi ST, Kurniati M. Sintesis dan Karakterisasi Nanoserat Polianilin. Jurnal Nanosains & Nanoteknologi 1(2), Indonesia, 74-78 (2008)
[5]
Sayed WM, Soliman LI. Optical Properties of Polyaniline Salt and Plyaniline Base With KBr, CO(CH3COO)2 and Picric Acid Composites. Fizika A (Zagreb) 9(4), 147-152 (2000)
[6]
Hosseini SH, Oskooei SHA, Entezami AA. Toxic Gas and Vapour Detection by Polyaniline Gas Sensors. Iranian Polymer Jounal. 14(4), 2005, 333-344.
[7]
Seo K, Lee K, Gopalan AI. Horseradish Peroxidase (HRP) Immobilized Poly(aniline-comaminophenol) Film Electrodesfabrication and Evaluation as Hydrogen Peroxide Sensor. Sensors 2007, 7, 719-729.
[8]
Hosseini SH, Entezami AA. Studies of Thermal and Electrical Conductivity Behaviours of Plyaniline and Polypyrrole Blends with Polyvinyl Acetate, Polystyrene and Polyvinyl Chloride. Iranian Polymer Jounal. 14(3), 2005, 201-209
[9]
Muliadi LO. Pembuatan Sensor Fiber Optic dengan Cladding Polianilin untuk Mengukur Gas Amonia. Skripsi, Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor, (2004)
KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN Prinsip kerja sensor gas amonia (NH3) berbasis polianilin (PANI) yaitu lapisan tipis PANI dikenai gas amonia. Perubahan sifat listrik lapisan tipis PANI dimanfaatkan sebagai sensor pendeteksi gas. Semakin besar konsentrasi gas amonia yang diberikan maka resistansi PANI semakin kecil. Hal ini terjadi karena adanya pemindahan proton dari gas amonia (NH3) terhadap PANI sehingga mengakibatkan adanya peningkatan jumlah proton terhadap polimer PANI. Semakin besar konsentrasi gas amonia yang diberikan maka konduktansi PANI semakin tinggi. Variasi dopant HCl berpengaruh terhadap kinerja sensor, yaitu mempengaruhi tegangan jatuh sensor setelah dikenai gas amonia. Konsentrasi dopant yang lebih tinggi menghasilkan tegangan jatuh yang perubahannya lebih besar dibandingkan dengan konsentrasi dopant yang lebih rendah. Polianilin (PANI) memiliki responsivitas yang cukup baik terhadap gas amonia. Semakin tinggi konsentrasi dopant HCl maka sensitivitas PANI semakin tinggi. SARAN Penelitian ini dapat dilanjutkan dengan menggunakan alat-alat yang lebih baik lagi, seperti chamber yang digunakan, alat untuk memasukkan gas ke dalam chamber, sehingga pengukuran lebih akurat.
