KARAKTERISASI GAS OZON DI DALAM PENJERAP KALIUM IODIDA DENGAN MENGGUNAKAN METODE SPEKTROSKOPI
DEDE YULIAS NURUL MIFTAH
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUR PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
ABSTRAK
DEDE YULIAS NURUL MIFTAH. Karakterisasi gas ozon di dalam penjerap kalium iodida dengan menggunakan metode spektroskopi. Dibimbing oleh AKHIRUDDIN MADDU dan MAMAT RAHMAT. Metode pengukuran yang sering digunakan dalam pengukuran gas ozon adalah metode neutral buffer kalium iodida (NBKI). Hasil pengukuran tidak ditampilkan pada saat itu tetapi beberapa jam bahkan hari sesudahnya. Pada penelitian ini gas ozon dijerap menggunakan larutan penjerap kalium iodida (KI) kemudian diukur menggunakan metode spektroskopi sebagai tahapan awal pembuatan sensor kristal fotonik untuk mendeteksi gas ozon. Gas ozon bereaksi dengan larutan penjerap KI menghasilkan larutan berwarna kuning muda tetapi panjang gelombang absorpsinya berada di daerah ultraviolet yaitu 351.58 nm. Penelitian ini mengkarakterisasi gas ozon dengan metode spektroskopi, menghitung konsentrasi gas ozon yang terjerap, menentukan kurva kalibrasi, menentukan konsentrasi secara real-time pada saat penjerapan beserta menentukan α (koefisien absorpsi) sebagai dasar pembuatan sensor kristal fotonik. Kurva kalibrasi yang diperoleh menunjukkan peningkatan konsentrasi gas ozon yang terjerap menyebabkan intensitas yang ditransmisikan semakin menurun secara eksponensial. Nilai koefisien absorpsi yang diperoleh adalah 43.5 m2/μg. Kata kunci : kalium iodida, koefisien absorpsi, gas ozon, sensor kristal fotonik
KARAKTERISASI GAS OZON DI DALAM PENJERAP KALIUM IODIDA DENGAN MENGGUNAKAN METODE SPEKTROSKOPI
DEDE YULIAS NURUL MIFTAH
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2012
Judul : Karakterisasi Gas Ozon Di dalam Penjerap Kalium Iodida dengan Menggunakan Metode Spektroskopi Nama : Dede Yulias Nurul Miftah NRP : G74070048
Disetujui,
(Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si) Pembimbing I
(Mamat Rahmat, M.Si) Pembimbing II
Diketahui,
(Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si) Kepala Departemen Fisika
Tanggal lulus :
KATA PENGANTAR Puji syukur kepada Allah Subhanahu wa Ta’ala, atas segala rahmat, nikmat kesehatan, kekuatan dan karunia-Nya sehingga dapat menyelesaikan karya ilmiah ini dengan topik karakterisasi gas ozon di dalam penjerap kalium iodida dengan menggunakan metode spektroskopi. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Semoga tulisan ini dapat memberikan manfaat untuk semuanya. Kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi kemajuan dari aplikasi material yang dikembangkan ini.
Bogor,
Januari 2012
Dede Yulias Nurul Miftah
UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Allah Subhanahu wa Ta’ala, atas segala rahmat, nikmat kesehatan, kekuatan dan karunia-Nya. 2. Bapak Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si sebagai pembimbing utama penulis dalam penelitian ini atas nasehat dan saran yang telah di berikan kepada penulis. 3. Bapak Mamat Rahmat, M.Si sebagai pembimbing kedua sekaligus sebagai ketua tim, yang mengusulkan serangkaian proyek, sangat membantu dalam mengolah data penelitian dan dengan sabar membimbing penulis selama penelitian. 4. Bapak Ir Hanedi Darmasetiawan sebagai tim editor yang telah banyak memberikan masukan cara penulisan kepada penulis. 5. Bapak Dr Toni Ibnu dan Bu Ani sebagai penguji yang telah menyempatkan waktunya dan memberikan masukan kepada penulis. 6. Bapak/Ibu, Adik dan Kakak yang selalu memberikan fasilitas beserta dukungan do’a dan semangat kepada penulis. 7. Kementrian Pendidikan Nasional (Kemendiknas) yang telah memberikan Beasiswa Unggulan sehingga penelitian ini berjalan dengan lancar. 8. Silvira Septiana, S.Pd yang selalu memberikan dukungan beserta semangat kepada penulis. 9. Dita Rahayu, Arianti Tumanggor, Anggi dan Nissa, kalian selalu ada membantu penulis ketika sedang melakukan penelitian, tanpa kalian penelitian ini terasa sepi, tetap jaga kekompakan tim kita. 10. Kak Erus Rustami, Kak Wenny Maulina, Kak Azis, Kak Ais dan Kak Fabian, kalian semua selalu memberikan inspirasi dan pencerahan ketika penulis sedang mengalami ketidak pahaman tentang teori penelitian. 11. Izzatu Yazzidah dan Switenia Wanna Putri sahabat seperjuangan, sukses untuk kalian semua. 12. Bu Eti, Pak Gamal, Pak Deni dan seluruh staf Laboratorium PPLH yang telah bersedia membantu dan menyampaikan ilmu mengenai serangkaian kegiatan penelitian ini. 13. Teman-teman fisika 42, 43, 44, 45, 46, 47 dan semua pihak yang tidak bisa saya sebutkan satu per satu.
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Tasikmalaya, 21 Juli 1988 dari pasangan Abdul Patah dan Omah Rohmah. Merupakan anak kedua dari tiga bersaudara. Penulis menyelesaikan pendidikan dasar dari SDN 1 Cineam pada tahun 2001 dan pada tahun 2004, menamatkan pendidikan tingkat pertama dari SMPN 1 Cineam yang dilanjutkan dengan pendidikan atas di SMAN 1 Manonjaya Tasikmalaya. Pada tahun 2007, penulis diterima sebagai mahasiswa Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Masuk IPB) di Departemen Fisika. Saat menjadi mahnnasiswa IPB, penulis tercatat sebagai asisten praktikum Fisika Dasar, Elektronika Dasar S1 dan D3, asisten Elektronika Lanjut, asisten Eksperimen Fisika II, Pengajar fisika di MSC Education (2010), Statistic Center (2010-2011) dan Katalis Corp (2010-2011). Selain itu penulis juga pernah aktif di Himpunan Mahasiswa Tasikmalaya (HIMALAYA), Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) menjabat sebagai wakil ketua pada tahun 2009.
DAFTAR ISI
Halaman DAFTAR TABEL......................................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR .................................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................. x BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................. 1.1. Latar Belakang ............................................................................................. 1.2. Tujuan Penelitian ......................................................................................... 1.3. Manfaat Penelitian ....................................................................................... 1.4. Perumusan Masalah ..................................................................................... 1.5. Hipotesis....................................................................................................... 1.6. Batasan Masalah...........................................................................................
1 1 1 1 1 1 1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. 2.1. Definisi ......................................................................................................... 2.2. Gas Ozon ...................................................................................................... 2.2.1. Dampak polusi ozon .............................................................................. 2.3. Metode Spektroskopi dan Hukum Beer-Lambert ....................................... 2.4. Kristal Fotonik .............................................................................................
1 1 2 3 3 4
BAB III METODOLOGI .............................................................................................. 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ...................................................................... 3.2. Alat dan Bahan ............................................................................................. 3.3. Metode Pengukuran dan Pengujian .............................................................. 3.3.1. Menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon yang terjerap di dalam larutan KI. .................................................................................. 3.3.2. Proses penjerapan gas ozon dan menentukan kurva real-time dengan metode spektroskopi ............................................................................. 3.3.2.1. Pembilasan tabung ........................................................................... 3.3.2.2. Proses pengisian gas ozon ............................................................... 3.3.2.3. Penjerapan gas ozon dengan larutan KI dan pengambilan data real-time .......................................................................................... 3.3.3. Pengenceran dan pembuatan kurva kalibrasi........................................ 3.3.4. Menentukan nilai α (koefisien absorpsi) untuk desain pembuatan sensor kristal fotonik. ...........................................................................
5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 7
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...................................................................... 4.1. Karakterisasi Absorpsi Gas Ozon dalam Larutan Penjerap KI .................... 4.2. Data Real-time dan Konsentrasi Gas Ozon yang Terjerap. .......................... 4.3. Kurva Kalibrasi dan Nilai Koefisien Absorpsi............................................. 4.4. Desain Sensor Kristal Fotonik Satu Dimensi ...............................................
6 6 7 9 10
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN........................................................................ 5.1. Kesimpulan .................................................................................................. 5.2. Saran.............................................................................................................
11 11 11
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... LAMPIRAN..................................................................................................................
11 13
vii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 1. Nilai indeks standar pencemar udara ................................................................ Tabel 2. Batas indeks standar pencemar udara untuk gas ozon ...................................... Tabel 3. Panjang gelombang absorbsi gas ozon dalam larutan penjerap KI ...................
2 2 7
viii
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1. Pengaturan alat spektrofotometer .................................................................. Gambar 2. Prinsip penyerapan cahaya ............................................................................ Gambar 3. Bentuk kristal fotonik berdasarkan arah penjalaran gelombang ................... Gambar 4. Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal fotonik satu dimensi tanpa defect ................................................................ Gambar 5. Model kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect .................................. Gambar 6. Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal fotonik satu dimensi dengan defect .......................................................................... Gambar 7. Ilustrasi perangkat sensor kristal fotonik mendeteksi larutan ....................... Gambar 8. Perubahan transmitansi terhadap panjang gelombang gas ozon di dalam larutan penjerap ........................................................................................... Gambar 9. Karakteristik LED UV emitter ..................................................................... Gambar 10.Perubahan intensitas cahaya terhadap waktu ketika gas ozon dilewatkan ke dalam larutan KI. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa ........................................................... Gambar 11. Hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap terhadap waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa. ......................................................................... Gambar 12. Hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam skala ppb terhadap waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa. ............................................. Gambar 13. Hubungan nilai ISPU dari gas ozon yang terjerap terhadap waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa. ......................................................................... Gambar 14. Total konsentrasi gas ozon yang terjerap setiap menit (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa ................................ Gambar 15. Kalibrasi hubungan transmitansi dan konsentrasi. (a) pada tekanan -40 KPa. (b) pada tekanan -70 KPa. ............................. Gambar 16. Linearitas untuk mendeteksi gas ozon dengan konsep Beer-Lambert. (a) pada tekanan -40 KPa. (b) pada tekanan -70 KPa. ................................................................................................... Gambar 17. Desain PPB kristal fotonik pada panjang gelombang absorpi gas ozon dalam larutan penjerap KI. ............................................................. Gambar 18. Desain kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect. ..............................
3 3 4 4 4 5 5 6 7
7
8
8
8 9 10
10 11 11
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman Lampiran 1. Data lapangan proses penjerapan dan perhitungan konsentrasi gas ozon .......................................................................................... 14 Lampiran 2. Perhitungan menentukan nilai konsentrasi pada setiap titik pengenceran. .......................................................................... 21 Lampiran 3. Perhitungan normalisasi menentukan nilai intensitas dari transmitansi pada proses pengenceran. .......................................... 21 Lampiran 4. Konversi satuan nilai intensitas dari counts menjadi watt/m2 ........ 21 Lampiran 5. Perhitungan untuk menentukan nilai indeks standar pencemar udara (ISPU) dari konsentrasi gas ozon yang terjerap.. ............... 22 Lampiran 6. Cara uji kadar oksidan dengan metode neutral buffer kalium iodida (NBKI) menggunakan spektrofotometer ................ 23 Lampiran 7. Skema penjerapan gas ozon untuk menentukan panjang gelombang absorpsi ........................................................................ 26 Lampiran 8. Skema pengujian dengan metode spektroskopi .............................. 27 Lampiran 9. Simulasi perubahan transmitansi terhadap perubahan indeks bias larutan penjerap KI pada sensor kristal fotonik pendeteksi gas ozon ................................................................................................ 28 Lampiran 10. Gambar – gambar alat yang digunakan ........................................ 29
1
BAB I PENDAHULUAN
c.
d.
1.1. Latar Belakang Pada masa kini tingkat pencemaran udara terus meningkat baik yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor, pembakaran hutan maupun hasil dari mesin industri. Udara yang tercemar dapat merusak lingkungan dan berpotensi mengganggu kesehatan masyarakat sekitar. Selain mengakibatkan pencemaran lingkungan, dapat juga mengakibatkan global warming, meningkatnya suhu bumi akibat efek rumah kaca.1 Ozon terdiri atas tiga molekul oksigen dan amat berbahaya pada kesehatan manusia. Secara alamiah, ozon dihasilkan melalui percampuran cahaya ultraviolet dengan atmosfer bumi dan membentuk suatu lapisan ozon pada lapisan stratosfer ketinggian 50 kilometer. Pada lapisan stratosfer bermanfaat untuk menyaring ultraviolet yang dihasilkan oleh sinar matahari tetapi pada lapisan troposfer dapat membahayakan kelangsungan mahluk hidup termasuk manusia. Ozon telah menjadi suatu isu aktual karena kaitannya dengan satu efek global pencemaran udara yaitu penipisan lapisan ozon di atmosfer bumi. Ozon merupakan salah satu pencemaran udara yang terus meningkat konsentrasinya, sehingga pengukuran ozon ini sangat penting untuk dilakukan agar dapat diketahui tingkat konsentrasi ozon di atmosfer.1 Metode pengukuran yang digunakan saat ini adalah neutral buffer kalium iodida (NBKI) sesuai dengan standar nasional indonesia (SNI) untuk mengetahui konsentrasi ozon di atmosfer, tetapi masih kurang efisien masalah data yang tidak real-time, data yang ditampilkan bukan pada saat itu tetapi beberapa jam bahkan beberapa hari sebelumnya. Dengan menggunakan sensor berbasis kristal fotonik yang tersusun dari bahan periodik dengan indek bias yang berbeda, pengukuran dapat dilakukan secara kontinu dan data yang diperoleh real-time karena proses pengukuran yang cepat.2
1.2. Tujuan Penelitian a. b.
Menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon di dalam larutan penjerap. Menentukan kurva real-time penjerapan gas ozon dan menghitung konsentrasi gas ozon yang bereaksi dengan larutan penjerap.
Membuat kurva kalibrasi antara transmitansi dengan konsentrasi gas ozon yang terjerap. Menentukan nilai α (koefisien absorpsi) untuk desain pembuatan sensor kristal fotonik.
1.3. Manfaat Penelitian Penelitian ini bermanfaat untuk mengetahui tingkat konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam larutan penjerap KI dan menentukan desain sensor kristal fotonik sebagai sensor gas ozon.
1.4. Perumusan Masalah Bagaimana menentukan kurva kalibrasi pengukuran gas ozon di dalam larutan penjerap KI menggunakan metode spektroskopi untuk desain sensor kristal fotonik ?
1.5. Hipotesis Variasi konsentrasi gas ozon yang terjerap akan memberikan respon yang eksponensial terhadap transmitansi ketika dilewatkan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang tertentu.
1.6. Batasan Masalah Penelitian ini meliputi uji penentuan panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap KI, pengukuran konsentrasi gas ozon, sampai penentuan kurva kalibrasi sebagai dasar pembuatan sensor kristal fotonik untuk mendeteksi gas ozon.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Definisi Pencemaran udara adalah akibat dari adanya satu atau lebih substansi fisik, kimia, atau biologi di atmosfer dalam jumlah yang dapat membahayakan kesehatan manusia, hewan, dan tumbuhan, mengganggu estetika dan kenyamanan, atau merusak properti. Pencemaran udara dapat ditimbulkan oleh sumber-sumber alami maupun kegiatan manusia.2 Indeks standar pencemar udara (ISPU) adalah angka yang tidak mempunyai satuan yang menggambarkan kondisi kualitas udara lingkungan di lokasi dan waktu tertentu yang didasarkan kepada dampak terhadap kesehatan manusia, nilai estetika dan makhluk hidup lainnya.2 Rentang dan batas dari nilai indeks dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2.
2
Tabel 1 Nilai indeks standar pencemar udara.2 Kategori Rentang Penjelasan Tingkat kualitas yang tidak memberikan efek bagi Baik 0 – 50 kesehatan manusia atau hewan dan tidak berpengaruh pada tumbuhan, bangunan ataupun nilai estetika Tingkat kualitas udara yang tidak berpengaruh pada kesehatan manusia ataupun hewan tetapi berpengaruh pada tumbuhan yang sensitif, dan nilai estetika
Sedang
51 – 100
Tidak Sehat
101 – 199
Sangat Tidak Sehat
200 – 299
Tingkat udara yang dapat merugikan kesehatan pada sejumlah segmen populasi yang terpapar
Berbahaya
300 – lebih
Tingkat kualitas udara berbahaya yang secara umum dapat merugikan kesehatan yang serius pada populasi
Tingkat kualitas udara yang bersifat merugikan pada manusia ataupun kelompok hewan yang sensitif atau bisa menimbulkan kerusakan pada tumbuhan ataupun nilai estetika
Tabel 2 Batas indeks standar pencemar udara untuk gas ozon.2
Udara lingkungan merupakan udara bebas di permukaan bumi pada lapisan troposfer yang dibutuhkan dan mempengaruhi kesehatan manusia, mahluk hidup dan unsur lingkungan hidup lainnya.3
terletak mulai dari puncak troposfer hingga ketinggian sekitar 50 kilometer. Ozon yang berada di stratosfer sering kali disebut lapisan ozon.4 Konsentrasi molekul-molekul ozon di atmosfer jauh lebih sedikit dibandingkan dengan gas-gas lainnya seperti oksigen (O2) dan nitrogen (N2). Di lapisan stratosfir disekitar puncak lapisan ozon, terdapat sekitar 12 molekul ozon untuk setiap satu juta molekul udara. Di lapisan troposfer dekat permukaan bumi, konsentrasi ozon lebih sedikit, berkisar antara 0.02 hingga 0.1 molekul ozon untuk setiap satu juta molekul udara. Konsentrasi tertinggi ozon permukaan berasal dari udara yang tercemar oleh aktivitas manusia.4
2.2. Gas Ozon
2.2.1. Dampak polusi ozon
Indeks standar pencemar udara 50 100 200 300 400 500
1 jam O3 µg/m3 120 235 400 800 1000 1200
Ozon memiliki bau yang menyengat sehingga keberadaannya mudah diketahui walaupun dalam konsentrasi yang rendah. Ozon adalah gas yang secara alami terdapat di dalam atmosfer. Masing-masing molekul ozon terdiri dari tiga buah atom oksigen dan dinyatakan sebagai O3. Ozon bisa dijumpai di dua wilayah atmosfer. Sekitar 10% ozon berada di lapisan troposfer, yaitu wilayah atmosfer yang paling dekat dengan permukaan bumi dengan ketinggian 10-16 kilometer. Sekitar 90% ozon berada di lapisan stratosfer, yaitu wilayah atmosfer yang
Ozon adalah gas beracun sehingga bila berada dekat permukaan tanah berbahaya bila terhisap dan dapat merusak paru-paru. Sebaliknya, lapisan ozon di stratosfer melindungi kehidupan di bumi karena menyaring sinar ultraviolet yang dapat menyebabkan kanker.5 Dampak ozon terhadap kesehatan manusia adalah konsentrasi 0.3 ppm selama 8 jam menyebabkan iritasi pada mata, konsentrasi 0.3 – 1 ppm (part per million) selama 3 menit sampai dengan 2 jam memberikan reaksi seperti tercekik, batuk, kelesuan dan
3
konsentrasi 1.5 – 2 ppm selama 2 jam mengakibatkan sakit dada, batuk-batuk, sakit kepala, kehilangan koordinasi serta sulit ekspresi dan gerak.5 Walaupun ozon pada atmosfer teratas melindungi bumi dari sinar ultraviolet yang berbahaya, ozon yang mendekati permukaan tanah membahayakan makhluk hidup karena ozon merupakan oksidan potensial dan berkontribusi bagi kabut asap fotokimia. Selama bulan-bulan musim panas, gas ozon bisa menjadi semakin rendah keberadaannya, memperburuk kondisi-kondisi seperti asma pada orang-orang yang rentan. Ini juga dianggap mengganggu fotosintesis dan telah dibuktikan menghambat pertumbuhan beberapa tanaman pangan.6
2.3. Metode Spektroskopi dan Hukum Beer-Lambert Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya dan materi. Interaksi dari energi radiasi dengan bahan adalah merupakan dasar dari teori spektroskopi. Radiasi yang berasal dari sinar terdiri dari beberapa panjang gelombang dari yang sangat pendek sampai yang sangat panjang.7 Spektrofotometer adalah instrumen yang digunakan untuk menghasilkan spektrum optik, baik spektrum emisi, spektrum absorpsi, spektrum transmisi dari sebuah benda atau objek.8 Spektroskopi UV-Vis adalah teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber REM (radiasi elektromagnetik) ultraviolet dekat (190-380 nm) dan sinar tampak (380780 nm) dengan memakai instrumen spektrofotometer. Spektroskopi UV-Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektroskopi UV-Vis lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif.9
Gambar 1 Pengaturan alat spektrofotometer.8 Susunan komponen dan prinsip kerja dari spektrofotometer ditunjukan pada Gambar 1
sumber cahaya polikromatik dihasilkan dari sumber cahaya, kemudian dilewatkan pada monokromator (prisma atau kisi difraksi) sehingga menjadi cahaya monokromatik, cahaya diteruskan pada sampel sehingga intensitas cahaya berkurang karena adanya penyerapan oleh sampel kemudian dideteksi oleh fotodetektor dan diproses beserta ditampilkan pada interface komputer.8 Menurut hukum beer-lambert, serapan berbanding lurus dengan ketebalan bahan yang disinari dan hanya berlaku untuk cahaya monokromatik dan larutan yang encer.10 Berkas cahaya yang datang pada medium dengan daya Po dan yang menembus medium dengan daya P. Jumlah sinar yang diserap atau diteruskan oleh suatu larutan adalah merupakan suatu fungsi eksponensial dari konsentrasi larutan dan ketebalan larutan yang disinari.7
Gambar 2 Prinsip penyerapan cahaya.11 Transmitansi didefinisikan sebagai nisbah daya cahaya yang ditransmisikan melewati sampel terhadap daya cahaya datang, yang diukur pada panjang gelombang yang sama (Gambar 2).
………………………...…...…(1) Keterangan : T Transmitansi (%) P Daya cahaya setelah menembus medium / bahan (watt) Po Daya cahaya yang datang (watt) Besar daya cahaya yang hilang sebanding dengan Po, ketebalan medium berupa larutan dan sebuah konstanta absorpsivitas (α). Absorpsivitas atau koefisien absorpsi merupakan karakteristik material dan fungsi panjang gelombang.9 Persamaan BeerLambert :
…………………….….(2) Keterangan : Po Daya cahaya yang datang (watt) P Daya cahaya setelah menembus medium / bahan (watt)
4
α x c
koefisien absorpsi (m2/μg) ketebalan medium / bahan (m) konsentrasi larutan (μg/m3)
Panjang gelombang yang digunakan untuk melakukan analisis kuantitatif suatu zat biasanya merupakan panjang gelombang yang menghasilkan serapan yang maksimum, sebab keakuratan pengukurannya menjadi lebih besar. Hal tersebut dapat terjadi karena pada panjang gelombang maksimum bentuk serapan pada umumnya landai sehingga perubahan yang tidak terlalu besar pada kurva serapan tidak menyebabkan kesalahan pembacaan yang terlalu besar pula (dapat diabaikan).12
2.4. Kristal Fotonik Kristal fotonik adalah material dielektrik yang memiliki indeks bias atau permitivitas berbeda secara periodik, sehingga dapat mencegah perambatan cahaya dengan frekuensi dan arah tertentu.13 Kristal fotonik paling sederhana dibuat dari dua medium berseling yang transparan dengan indek bias yang berbeda.14 Kristal fotonik dalam penjalaran gelombangnya dapat dibedakan yaitu satu dimensi, dua dimensi dan tiga dimensi seperti terlihat pada Gambar 3. 1-D
2-D
periodic in one direction
periodic in two directions
3-D
Gambar 4
Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal fotonik satu dimensi tanpa defect.17
Pada penelitian ini yang akan menggunakan adalah kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect agar sensitivitas dari sensor ini meningkat. Model kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect seperti pada Gambar 5, pada defect pertama dibuat dua kali ketebalan indek bias yang tinggi, dan defect kedua dibuat kosong untuk sampel yang akan diuji. Fenomena PBB ini mengakibatkan ada gelombang elektromagnetik yang diteruskan dalam rentang PBG (Gambar 6).16
Gambar 5 Model kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect.18
periodic in three directions
Gambar 3 Bentuk kristal fotonik berdasarkan arah penjalaran gelombang.15 Interferensi antara gelombang transmisi dengan refleksi dapat mengakibatkan pemblokiran perambatan gelombang elektromagnetik pada rentang panjang gelombang tertentu. Rentang ini dikenal dengan istilah photonic band gap (PBG).16 Kurva dari PBG dapat dilihat pada Gambar 4 dengan hubungan antara panjang gelombang dengan transmitansi. Struktur kristal fotonik didesain memiliki satu atau lebih lapisan defect (cacat), yaitu lapisan yang memiliki ketebalan optik berbeda dengan ketebalan lapisan reguler, sehingga muncul fenomena photonic pass band (PPB) seperti terlihat pada Gambar 6.
Gambar 6
Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal fotonik satu dimensi dengan defect.18
Karakteristik PPB tersebut sangat sensitif terhadap perubahan indeks bias material pada lapisan defect. Fenomena inilah yang dimanfaatkan untuk pembuatan sensor optik berbasis kristal fotonik, material sampel yang dideteksi diperlakukan sebagai lapisan defect (Gambar 7).
5
.3.1. Menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon yang terjerap di dalam larutan KI Gambar 7 Ilustrasi perangkat sensor kristal fotonik mendeteksi larutan.18 Prinsip kerja dari sensor ini adalah dengan merambatkan gelombang elektromagnetik yang dihasilkan dari sumber cahaya melewati kristal fotonik disisipi material sampel pada defect kedua, kemudian diterima oleh fotodetektor yang mengubahnya menjadi tegangan listrik. Tegangan keluaran dari fotodetektor sangat kecil sehingga tegangan tersebut diperkuat oleh rangkaian penguat. Tegangan yang dihasilkan pada prinsipnya dapat dikonversi dan dikalibrasi ke dalam satuan parameter yang dibutuhkan.16
BAB III METODOLOGI 3.1. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan mulai bulan Desember 2010 hingga Desember 2011 di Laboratorium Biofisika, Laboratorium Fisika Material Departemen Fisika, Pusat Penelitian Lingkungan Hidup (PPLH), yang seluruhnya berkedudukan di Institut Pertanian Bogor.
3.2. Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah tabung isolasi gas berkapasitas 5 liter, tabung penjerap, pompa vakum, sumber ozon (ozonizer), ocean optic spectrophotometer USB 4000 UV-VIS, perangkat komputer, LED ultraviolet (UV) 355 nm, termometer digital, flowmeter, cuvette, pipet, gelas ukur, tabung centrifuge dan beaker glass. Sedangkan bahan yang digunakan adalah aquades dan larutan penjerap KI.
3.3. Metode Pengukuran dan Pengujian Metode pengukuran gas ozon pada penelitian ini dengan metode spektroskopi di Laboratorium Fisika Material Departemen Fisika dan hasil pengujian dibandingkan dengan hasil analisis kimia yang di uji di Laboratorium PPLH Institut Pertanian Bogor. Analisis spektroskopi ini mengacu pada standar nasional indonesia (SNI) tentang cara uji kadar oksidan dengan metoda neutral buffer kalium iodida (NBKI) menggunakan spektrofotometer (Lampiran 6).
Larutan penjerap dipersiapkan sebanyak 10 ml dan dimasukan ke dalam tabung penjerap yang telah disambungkan dengan pompa vakum dilakukan penghisapan dengan udara lingkungan selama satu jam. Hasil dari pengujian dianalisis dengan spektrofotometer untuk mendapatkan panjang gelombang dengan transmitansi yang paling besar perubahannya.
3.3.2. Proses penjerapan gas ozon dan menentukan kurva real-time dengan metode spektroskopi 3.3.2.1. Pembilasan tabung Tabung isolasi dihisap dengan pompa vakum sampai tekanan -80 kPa (tanda negatif menunjukkan di bawah tekanan lingkungan), kemudian diisi dengan udara lingkungan sampai tekanan 0 kPa (sama dengan tekanan lingkungan).
3.3.2.2. Proses pengisian gas ozon Tabung isolasi kembali dihisap dengan pompa vakum sampai tekanan -40 kPa (perlakuan pertama) dan -70 kPa (perlakuan kedua), kemudian gas ozon yang dihasilkan oleh ozonizer dimasukan ke dalam tabung dengan laju alir 2 liter/menit sampai tekanan tabung 0 kPa.
3.3.2.3. Penjerapan gas ozon dengan larutan KI dan pengambilan data real-time Sumber cahaya LED UV dipasang pada ulir tabung penjerap dan serat optik yang telah dihubungkan dengan ocean optic spectrophotometer USB 4000 UV-VIS dipasang pada ulir sebelahnya, kemudian tabung penjerap dihubungkan dengan tabung gas menggunakan selang. Keran-keran yang dihubungkan dengan tabung penjerap dibuka dan gas ozon dalam tabung gas dialirkan dengan bantuan pompa sirkulasi dengan laju alir 0,4 liter/menit selama 30 menit. Data diamati dan dicatat pada panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap setiap 1 menit adalah transmitansi, suhu, kelembaban, laju alir dan tekanan. Setelah penjerapan selesai kurva real-time hubungan antara intensitas dan waktu dapat dibuat dan dianalisis.
6
pembuatan sensor kristal fotonik pendeteksi gas ozon.
3.3.3. Pengenceran dan pembuatan kurva kalibrasi
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
a)
Optimalisasi alat spektrofotometer sesuai dengan petunjuk penggunaan alat. b) Larutan penjerap 10 mL yang sudah dilakukan penjerapan dibagi dua, 5 mL pertama disimpan dalam tabung centrifuge untuk dianalisis di Lab PPLH IPB sehingga mendapatkan nilai konsentrasi gas ozon yang terjerap. c) Sisa sampel 5 mL dimasukan ke dalam gelas ukur dan di uji transmitansinya dengan menggunakan spektrofotometer terlebih dahulu sebagai “sampel murni” sebelum dencerkan. Sampel diamati pada panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap. d) Setiap kali penambahan larutan penjerap murni sebanyak 1 mL data transmitansi dicatat. e) Setiap kali penambahan larutan penjerap murni sebanyak 5 mL sampel di bagi dua 5 mL pertama disimpan dalam tabung centrifuge untuk dianalisis di Lab PPLH IPB sebagai “sampel 1” dan seterusnya. f) Pengenceran dilakukan sampai nilai transmitansi mendekati 100%. g) Kurva kalibrasi dapat dibuat hubungan antara transmitansi dan konsentrasi.
4.1. Karakterisasi Absorpsi Gas Ozon dalam Larutan Penjerap KI Untuk menjerap gas ozon menggunakan larutan kalium iodida (KI) sesuai dengan metode NBKI. Gas ozon bereaksi dengan ion iodida dan membebaskan iod yang berwarna kuning muda. Hal ini menjadi dasar untuk menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon untuk pembuatan sensor kristal fotonik. Spektrum absorpsi paling besar untuk gas ozon ketika dilewatkan pada larutan penejerap KI ditampilkan pada Gambar 8. T1 adalah transmitansi ulangan pertama, T2 adalah transmitansi ulangan kedua dan selanjutnya. Secara keseluruhan selang panjang gelombang untuk serapan gas ozon berada pada 310 – 400 nm (daerah ultraviolet) dengan puncak serapan masing-masing berbeda tetapi tidak signifikan ditunjukan pada Tabel 3. Diperoleh panjang gelombang rata-rata serapan gas ozon adalah 351.58 nm dan panjang gelombang ini dijadikan sebagai acuan pembuatan sensor kristal fotonik. PPB kristal fotonik untuk mendeteksi gas ozon dalam larutan penjerap spesifik pada panjang gelombang tersebut. Sumber cahaya yang digunakan berupa LED UV di uji dengan spektrofotometer dan spektrumnya ditampilkan pada Gambar 9. Spektrum emisi LED berada pada selang panjang gelombang antara 330 – 390 nm dan puncak intensitas berada pada panjang gelombang 355.52 nm.
3.3.4. Menentukan nilai α (koefisien absorpsi) untuk desain pembuatan sensor kristal fotonik
Transmitansi (%)
Nilai α dapat ditentukan dari persamaan regresi kurva kalibrasi hubungan antara transmitansi dan konsentrasi. Hal ini mengikuti persamaan Beer-Lambert sehingga nilai α dapat diperoleh untuk mendesain
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 300
320
340
360
380
400
Panjang gelombang (nm) Gambar 8
420
440
T8 T9
Perubahan transmitansi terhadap panjang gelombang gas ozon di dalam larutan penjerap.
7
2.00E+05 1.50E+05 1.00E+05 5.00E+04
Pada perlakuan kedua dilakukan pada waktu yang berbeda dan tempat yang sama. Gas ozon diisi pada tekanan -70 kPa sampai tekanan 0 kPa, konsentrasi gas ozon yang dimasukan ke dalam tabung isolasi lebih besar dibandingkan perlakuan sebelumnya (Gambar 10b). Pada menit ke-22 dan 23 intensitas mengalami kenaikan, hal ini terjadi karena kesalahan teknis pada alat pengujian. Secara keseluruhan transmisi mengalami penurunan seiring kenaikan gas ozon yang terjerap dalam larutan KI. Proses penjerapan gas ozon dengan larutan penjerap KI bersifat akumulatif, semakin lama waktu penjerapan larutan penjerap semakin tinggi (Gambar 10). Saat penjerapan gas ozon di dalam larutan penjerap dan saat proses pengenceran menggunakan sumber cahaya yang berbeda, sehingga harus dilakukan proses normalisasi untuk mendapatkan nilai konsentrasi secara real-time dari kurva kalibrasi (Lampiran 1).
300
350
400
Panjang gelombang (nm)
Gambar 9 Karakteristik LED UV emitter. Sedangkan panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap KI pada 351.58 nm. Panjang gelombang ini masih berada pada selang panjang gelombang emisi LED, sehingga LED ini bisa digunakan pada penelitian.
4.2. Data Real-time dan Konsentrasi Gas Ozon yang Terjerap. Data real-time ini menunjukkan konsentrasi gas ozon yang terjerap pada setiap waktu, sehingga konsentrasi gas ozon yang terjerap dapat diketahui secara langsung tidak harus menunggu waktu yang lama dalam pengujian dan analisis sampel di laboraturium. Hal ini yang menjadi kelebihan dibandingkan metode NBKI secara konvensional (Lampiran 6). Proses ini dilakukan dengan beberapa perlakuan, pada perlakuan pertama gas ozon dimasukan pada tekanan -40 kPa sampai tekanan 0 kPa ditunjukan pada Gambar 10a. Intensitas menurun sebagai fungsi waktu, pada menit pertama sampai menit ke-20 intensitas mengalami penurunan menunjukkan ada gas ozon yang terjerap dalam larutan KI meningkat. Pada menit ke-21 tidak mengalami perubahan secara signifikan, gas ozon tidak ada yang terjerap lagi karena gas ozon di dalam tabung isolasi sudah habis.
Intensitas (watt/m2)
0.00E+00
4.00E+04 3.00E+04 2.00E+04 1.00E+04 0.00E+00 0
10
20
30
Waktu (menit)
(a) Intensitas (watt/m2)
Intensitas (watt/m2)
Tabel 3 Panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap KI. Transmitansi Panjang Gelombang Ke (nm) T1 355.32 T2 349.50 T3 353.66 T4 353.86 T5 347.22 T6 353.24 T7 345.14 T8 351.79 T9 354.49 Rata-rata 351.58
3.00E+04 2.00E+04 1.00E+04 0.00E+00 0
10
20
30
Waktu (menit)
Gambar 10
(b) Perubahan intensitas cahaya terhadap waktu ketika gas ozon dilewatkan ke dalam larutan KI. (a) pada tekanan 40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.
Konsentrasi gas ozon yang terjerap setiap menit dapat ditampilkan pada kurva perubahan konsentrasi terhadap perubahan waktu (Gambar 11) yang berkebalikan dengan kurva perubahan intensitas cahaya terhadap waktu penjerapan (Gambar 10). Hal ini karena semakin besar konsentrasi gas ozon yang terjerap mengakibatkan intensitas cahaya yang
100
Konsentrasi (ppb)
Konsentrasi (μg/m3)
8
80 60 40 20 0 0
10
20
100 80 60 40 20 0 0
30
10
Waktu (menit)
Konsentrasi (ppb)
Konsentrasi (μg/m3)
60 50 40 30 20 10 0 10
30
(a)
(a)
0
20
Waktu (menit)
20
60 50 40 30 20 10 0
30
0
10
Waktu (menit)
(b) Gambar 12 Hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam skala ppb terhadap waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa. 40 30
ISPU
ditransmisikan semakin kecil. Pada menit pertama sampai menit ke-23 konsentrasi gas ozon yang terjerap mengalami kenaikan, pada menit selanjutnya mengalami penurunan intensitas dengan perubahan yang sangat kecil dan hal ini dianggap bahwa tidak ada perubahan konsentrasi secara signifikan. Secara keseluruhan kurva hubungan antara konsentrasi dengan waktu (Gambar 11a) memiliki trend naik secara eksponensial, dan mendekati titik jenuh larutan ketika secara terus-menerus dilakukan penjerapan. Perlakuan kedua mengalami fenomena yang sama, memiliki bentuk kurva yang naik (Gambar 11b). Konsentrasi gas ozon yang terjerap semakin lama semakin tinggi konsentrasinya. Kurva real-time dapat ditampilkan juga hubungan antara konsentrasi dalam ppb (part per billion) terhadap waktu (Gambar 12). Secara umum data konsentrasi gas ozon yang terjerap ditampilkan dalam satuan ppb. Konsentrasi dalam satuan ppb setara dengan satuan μg/m3, sehingga bentuk kurva realtime hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap terhadap waktu (Gambar 11) sama dengan kurva real-time hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam skala ppb terhadap waktu (Gambar 12). Selain dalam bentuk satuan ppb, konsentrasi gas ozon juga dapat ditampilkan dalam skala ISPU (Gambar
30
Waktu (menit)
20 10 0 0
10
20
30
Waktu (menit)
(a)
ISPU
(b) Gambar 11 Hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap terhadap waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.
20
25 20 15 10 5 0 0
10
20
30
Waktu (menit)
(b) Gambar 13 Hubungan nilai ISPU dari gas ozon yang terjerap terhadap waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa. 13). Nilai ISPU tertinggi 34.91 (Gambar 14a) sedangkan nilai ISPU pada selang 0 – 50 dinyatakan bahwa kualitas udara masih dikategorikan baik (Tabel 1).
9
Konsentrasi (μg/m3)
Pengujian gas ozon secara kovensional, daftar data ditampilkan setelah beberapa jam kemudian dari pengambilan sampel dan data yang ditampilkan adalah data akumulatif selama penjerapan dilakukan. Pada penelitian ini data konsentrasi yang terjerap setiap menit dapat ditampilkan sehingga informasi yang disampaikan dapat secara real-time. Pada Gambar 14a, menunjukkan konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam larutan penjerap. Pada menit pertama gas ozon yang terjerap sangat kecil dan pada menit ke-2 konsentrasi yang terjerap cukup besar, fenomena ini terjadi dikarenakan alat yang belum stabil pada awal pengukuran sehingga memerlukan waktu untuk beradaptasi sampai kondisi stabil. Pada proses penjerapan gas ozon dimasukan dalam tabung isolasi kemudian dilewatkan pada tabung penjerap yang berisi larutan penjerap KI dengan bantuan pompa sirkulasi, sehingga semakin lama konsentrasi gas ozon dalam tabung isolasi berkurang seiring dengan proses penjerapan (Gambar 14a). Konsentrasi gas ozon di dalam tabung isolasi yang terjerap 10 8 6 4 2 0 0
10
20
30
Waktu (menit)
Konsentrasi (μg/m3)
(a) 8 6 4 2 0 0
10
20
30
Waktu (menit)
(b) Gambar 14 Total konsentrasi gas ozon yang terjerap setiap menit (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.
setiap menit terus berkurang sampai suatu saat habis. Pada Gambar 14b, pada menit ke-20 konsentrasi yang terjerap mengalami kenaikan. Secara keseluruhan trend kurva konsentrasi gas ozon yang terjerap pada setiap menit adalah menurun (Gambar 14). Pada penjerapan gas ozon di udara lingkungan tidak ada batasan bentuk kurva dari konsentrasi gas ozon yang terjerap setiap menit, karena gas ozon di udara tidak dapat diperkirakan perubahan setiap saatnya.
4.3. Kurva Kalibrasi dan Nilai Koefisien Absorpsi Pengenceran dan validasi data konsentrasi gas ozon yang terjerap berdasarkan data Lab PPLH IPB (Lampiran 1). Kurva kalibrasi antara transmitansi dan konsentrasi (Gambar 15) menunjukkan bahwa konsentrasi gas ozon yang terjerap semakin besar sehingga mengakibatkan cahaya yang diteruskan semakin kecil karena diserap oleh larutan pada panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan KI. Hasil perhitungan konsentrasi dengan pengujian di PPLH IPB ditunjukan pada Gambar 15, semakin besar konsentrasi gas ozon yang terjerap semakin kecil cahaya yang ditransmisikan dan perubahan ini terjadi secara eksponensial. Pada penelitian ini memanfaatkan perubahan konsentrasi dan ketebalan dibuat tetap. Koefisien absorpsi merupakan sifat penyerapan cahaya oleh larutan, hal ini menandakan bahwa seberapa besar larutan tersebut menyerap cahaya saat dilewatkan. Berdasarkan pada Gambar 15, diperoleh ratarata koefisien absorpsi 43.5 m2/μg dari persamaan garis sesuai dengan persamaan Beer-Lambert dan nilai ini digunakan sebagai dasar untuk desain kristal fotonik untuk mendeteksi gas ozon sesuai dengan panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap. Berdasarkan kurva kalibrasi dapat diambil linearitas karakteristik sensor pada selang konsentrasi tertentu. Gambar 16 menunjukkan kurva hasil linearitas dengan selang konsentrasi sekitar 1.5 – 17 μg/m3 dan dengan menggunakan metode spektroskopi diperoleh nilai rata-rata sensitivitas sekitar 0.0312 %/(μg/m3), satuan dinyatakan dalam persen per konsentrasi.
10
Transmitansi (%)
120 100
y = 116.67e-0.041x R² = 0.999
80
Hasil Perhitungan Validasi PPLH
60 40
y = 86.761e-0.039x R² = 0.971
20 0 0
50
100
konsentrasi (μg/m3)
(a)
Transmitansi (%)
120 100
y = 107.93e-0.046x R² = 0.9955
80
Hasil Perhitungan Validasi PPLH
60
y = 94.69e-0.047x R² = 0.9954
40 20 0 0
20
40
konsentrasi
60
(μg/m3)
(b) Gambar 15 Kalibrasi hubungan transmitansi dan konsentrasi. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.
4.4. Desain Sensor Kristal Fotonik Satu Dimensi
2.5
Log (T)
2 1.5
y = -0.0301x + 2.086 R² = 0.9841
1 0.5 0 0
5
10
15
20
Konsentrasi (μg/m3)
(a)
Log (T)
2.5 2 1.5
y = -0.0323x + 2.042 R² = 0.9984
1 0.5 0 0
5
10
15
20
Konsentrasi (μg/m3)
(b) Gambar 16 Linearitas untuk mendeteksi gas ozon dengan konsep BeerLambert. (a) pada tekanan -40 kPa. (b) pada tekanan -70 kPa.
Simulasi dengan bantuan software filmstar dilakukan sebelum melakukan fabrikasi. Puncak transmitansi PPB pada kristal fotonik di desain pada panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap KI yaitu 352 nm (Gambar 17). Sehingga sensor berbasis kristal fotonik satu dimensi untuk mendeteksi gas ozon spesifik pada panjang gelombang absorpsinya. Sensor kristal fotonik dibuat dengan lapisan tipis dengan pola M=5, N=6 dan L=1. Lapisan defect pertama dibuat tetap dengandua kali ketebalan indeks bias tinggi (high index) yang berfungsi sebagai regulator dan defect kedua dikosongkan yang berfungsi sebagai reseptor, untuk pendeteksian sampel yang dilewatkan. Material yang digunakan adalah OS-5 dengan indeks bias 2.1 (high index) dan MgF2 dengan indeks bias 1.38 (low index). Substrat-1 (S1) dan substrat-2 (S2) menggunakan material BK-7 dengan indeks bias 1.52 (Gambar 18).
80
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Transmitansi (%)
70 60 50 40 30 20 10 0 300
350
Transmitansi (%)
11
Panjang gelombang operasi PPB kristal fotonik
400
Panjang gelombang (nm) Gambar 17 Desain PPB kristal fotonik pada panjang gelombang absorpi gas ozon dalam larutan penjerap KI.
Gambar 18 Desain kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan KI berada pada daerah ultraviolet yaitu 351.58 nm. Data real-time menunjukkan nilai konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam larutan KI, memberikan respon yang eksponensial terhadap perubahan intensitas cahaya yang dilewatkan. Konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam larutan KI dapat ditentukan melalui pengenceran sampel dan membandingkan data hasil analisis dari Lab PPLH. Semakin sedikit cahaya yang diteruskan maka konsentrasi gas ozon yang terjerap semakin besar, sehingga kurva kalibrasi hubungan antara konsentrasi dengan transmitansi dapat ditentukan. Konsentrasi gas ozon yang terjerap semakin lama semakin tinggi dan transmitansi semakin rendah. Koefisien absorpsi gas ozon di dalam larutan penjerap KI ditentukan dari persamaan garis pada kurva kalibrasi diperoleh 43.5 m2/μg dan nilai ini menjadi dasar desain pembuatan sensor kristal fotonik untuk
mendeteksi gas ozon gelombang absorpsinya.
dengan
panjang
5.2. Saran Penelitian selanjutnya diharapkan pengukuran gas ozon tanpa menggunakan reagent dan membuat luas penampang sensor berukuran lebih besar sehingga peluang partikel terdeteksi lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA 1.
[Anonim]. Dampak polusi udara. 1 April 2010. web. 20 Oktober 2010.
2.
[BAPEDAL] Badan Pengendalian Dampak Lingkungan. 1998. Pedoman Teknis Perhitungan dan Pelaporan Serta Informasi Indeks Standar Pencemar Udara ISPU).
3.
[SNI] Standar Nasional Indonesia. 2005. Udara ambien – Bagian 8: cara uji kadar oksidan dengan metoda neutral buffer kalium iodida (NBKI) menggunakan spektrofotometer. SNI 19-7119.8-2005. Jakarta : Badan Standarisasi Nasional.
12
4.
[Anonim]. Lapisan ozon. Asdep Urusan Pengendalian Dampak Perubahan Iklim Kementerian Negara Lingkungan Hidup Republik Indonesia. 2010. Web. 20 Oktober 2010.
5.
West B, Sandman PM, Greenberg MR. 1998. Paduan Pemberitaan Lingkungan Hidup. Yayasan Obor Indonesia.
6.
Soetrisno. Peringatan polusi global ozon. 24 Oktober 2008. Web. 20 Oktober 2010.
7.
Winarno FG, Fardiaz D, Fardiaz S. 1973. Spektroskopi. Bogor : Departemen Teknologi Hasil Pertanian, IPB.
8.
Maddu A. 2010. Pedoman praktikum eksperimen fisika II. Bogor : Laboraturium Fisika Lanjut, Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor.
9.
Tim penyusun. 2007. Spektroskopi. Yogyakarta : Fakultas Farmasi, Universitas Shanata Dharma.
10. Sirait RA. 2009. Penerapan metode spektrofotometri ultraviolet pada penetapan kadar nifedipin dalam sediaan tablet [Skripsi]. Medan: Universitas Sumatra Utara. 11. Carlos RC. Beer lambert. 2006. Web. 12 November 2011. 12. Joni IM. 2007. Diktat Mata Kuliah Pengantar Biospektroskopi. Bandung: Universitas Padjajaran. 13. Kurniawan C. 2010. Analisis kopling medan elektromagnetik transverse magnetic (TM) pada kristal fotonik 2D dengan defect indeks bias simetrik menggunakan metode tensor green [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB. 14. Hardhienata H. 2005. Analisis relasi disperse gelombang elektromagnetik datar stasioner dalam kristal fotonik
kuasi-periodik satu dimensi [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB. 15. Joannopoulos JD, Johnson SG, Winn JN. 2008. Photonic Crystal, Molding the Flow of Light. United Kingdom: Princeton University Press. 16. Alatas H. OptIPB sensor, sensor optik berbasis kristal fotonik satu dimensi. 27 Maret 2010. Web . 20 Oktober 2010. 17. Rahmat M. 2010. Development of air quality index measurement system based on 1D photonic crystal [Disertasi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB. 18. Rahmat M. 2009. Design and fabrication of one-dimensonal photonic crystal as a real time optical sensor for sugar solution concentration detection [Tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB.
19. Hardhienata H. 2005. Analisis relasi disperse gelombang elektromagnetik datar stasioner dalam kristal fotonik kuasi-periodik satu dimensi [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB. 20. Joannopoulos JD, Johnson SG, Winn JN. 2008. Photonic Crystal, Molding the Flow of Light. United Kingdom: Princeton University Press. 21. Alatas H. OptIPB sensor, sensor optik berbasis kristal fotonik satu dimensi. 27 Maret 2010. Web . 20 Oktober 2010. 22. Rahmat M. 2010. Development of air quality index measurement system based on 1D photonic crystal [Disertasi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB. 23. Rahmat M. 2009. Design and fabrication of one-dimensonal photonic crystal as a real time optical sensor for sugar solution concentration detection [Tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB.
13
LAMPIRAN
Lampiran 1. Data lapangan proses penjerapan dan perhitungan konsentrasi gas ozon. Hari/Tanggal : Rabu, 19 Oktober 2011 Tekanan : -40 kPa Panjang Gelombang : 354,28 nm Data penjerapan gas ozon secara real-time dengan laju alir 0.4 liter/menit Waktu (menit)
Suhu (oC)
Kelembaban (%)
Tekanan (kPa)*
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
28.9 28.9 28.9 28.9 28.9 28.9 28.9 29 29 29.2 29.3 29.3 29.3 29.3 29.2 29.2
67 67 67 67 67 67 67 66 67 71 70 69 68 67 67 66
-0.3 -0.9 -1.2 -1.6 -1.7 -1.8 -1.8 -1.8 -1.8 -1.8 -1.9 -1.9 -1.9 -1.8 -1.9 -1.9
Intensitas (counts) 5039.00 4750.72 4490.88 4235.06 3967.40 3750.81 3553.24 3375.24 3224.96 3082.44 2977.26 2868.22 2776.78 2703.91 2637.38 2590.20
Intensitas (watt /m2)** -
2.91E+04 2.76E+04 2.60E+04 2.43E+04 2.30E+04 2.18E+04 2.07E+04 1.98E+04 1.89E+04 1.83E+04 1.76E+04 1.70E+04 1.66E+04 1.62E+04 1.59E+04
Konsentrasi (μg/m3)*** -12.52300 -4.487590 3.891145 13.21779 21.23767 28.96795 36.30987 42.81642 49.27343 54.23316 59.56341 64.19193 67.99095 71.54993 74.12863
Perubahan konsentrasi (μg/m3)**** 0.000000 8.035359 8.378740 9.326647 8.019879 7.730279 7.341919 6.506555 6.457008 4.959725 5.330255 4.628521 3.799016 3.558982 2.578701
ppb
ISPU
Status
-
-
-
3.891145 13.21779 21.23767 28.96795 36.30987 42.81642 49.27343 54.23316 59.56341 64.19193 67.99095 71.54993 74.12863
1.62 5.51 8.85 12.07 15.13 17.84 20.53 22.60 24.82 26.75 28.33 29.81 30.89
Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik
14
Lanjutan Lampiran 1 Waktu (menit)
Suhu (oC)
Kelembaban (%)
Tekanan (kPa)*
16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
29.2 29.2 29.2 29.2 29.2 29.2 29.2 29.2 29.2 29.2 29.2 29.2 29.2 29.3 29.3
66 66 66 66 66 65 65 65 65 65 65 65 65 65 65
-1.9 -1.9 -1.9 -1.9 -1.9 -1.9 -1.9 -1.9 -1.9 -1.9 -1.9 -1.9 -1.9 -1.9 -1.9
Intensitas (counts) 2546.01 2502.00 2484.86 2464.15 2442.52 2436.74 2430.11 2420.96 2423.28 2436.45 2430.49 2444.18 2461.94 2472.60 2488.28
Intensitas (watt /m2)**
1.56E+04 1.53E+04 1.52E+04 1.51E+04 1.50E+04 1.49E+04 1.49E+04 1.49E+04 1.49E+04 1.49E+04 1.49E+04 1.50E+04 1.51E+04 1.52E+04 1.53E+04
Konsentrasi (μg/m3)*** 76.58687 79.07787 80.05988 81.25551 82.51503 82.85349 83.24271 83.78162 83.64479 82.87049 83.22038 82.41797 81.38369 80.76647 79.86340
Perubahan konsentrasi (μg/m3)**** 2.458238 2.491002 0.982013 1.195628 1.259518 0.338459 0.389222 0.538910 0.000000 0.000000 0.349883 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000
ppb
ISPU
Status
76.58687 79.07787 80.05988 81.25551 82.51503 82.85349 83.24271 83.78162 83.64479 82.87049 83.22038 82.41797 81.38369 80.76647 79.86340
31.91 32.95 33.36 33.86 34.38 34.52 34.68 34.91 34.85 34.53 34.68 34.34 33.91 33.65 33.28
Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik
Keterangan : Tanda – menunjukkan tidak ada gas ozon yang terdeteksi *) Tanda negatif (-) menunjukkan di bawah tekanan lingkungan. **) Nilai intensitas dikonversi berdasarkan Lampiran 4. ***) Nilai konsentrasi diperoleh dengan persamaan y=4352e-0.007x , dari kurva kalibrasi hasil dari normalisasi ****) Nilai konsentrasi merupakan selisih konsentrasi dengan waktu sebelumnya
15
Lanjutan Lampiran 1 Data proses pengencearan sampel gas ozon, 19 Oktober 2011.
5 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 6 7 8 9 10 6 7 8
T(%) 1.210 2.327 4.990 6.811 9.429 12.439 17.393 23.215 28.462 33.944 38.323 42.651 50.153 55.475 61.274 66.000 73.355 75.361 81.763 83.128 87.671 92.732 97.537 99.082
Konsentrasi perhitungan (μg/m3) 111.6533 93.04439 79.75234 69.78329 62.02960 55.82664 46.52220 39.87617 34.89165 31.01480 27.91332 23.26110 19.93808 17.44582 15.50740 13.95666 11.63055 9.969042 8.722912 7.753699 6.978329 5.815275 4.984521 4.361456
Konsentrasi PPLH (μg/m3) 111.653300
34.715090
24.930230
7.139563
1.579980
1.357597
2420.960 2447.549 2510.940 2554.287 2616.606 2688.257 2806.183 2944.770 3069.671 3200.165 3304.404 3407.428 3586.007 3712.692 3850.733 3963.231 4138.311 4186.062 4338.456 4370.949 4479.091 4599.564 4713.943 4750.720
Dari data pengenceran dapat dibuat hubungan konsentrasi dan intensitas cahaya. Persamaan kurva dapat digunakan untuk menentukan nilai konsentrasi dari data real-time.
5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
y = 4352e-0.007x R² = 0.8596
0
20
40 60 80 Konsentrasi (μg/m3)
100
120
16
Lanjutan Lampiran 1 Keterangan : *) Nilai intensitas dari hasil normalisasi pada Lampiran 3.
Intensitas (counts)*
Intensitas (Counts)
V + dV
Lanjutan Lampiran 1 Hari/Tanggal : Kamis, 27 Oktober 2011 Tekanan : - 70 kPa Panjang Gelombang : 357,39 nm Data penjerapan gas ozon secara real-time dengan laju alir 0.4 liter/menit Suhu (oC)
Kelembaban (%)
Tekanan (kPa)*
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
28.9 28.9 28.9 28.9 28.9 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.0
70 70 70 70 70 69 69 69 68 68 68 68 68 68 68 68 68 68
-0.3 0.0 0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.2 0.3 0.4 0.2 0.3 0.3 0.2 0.2 0.2
Intensitas (counts) 4124.43 4067.68 3893.72 3497.12 3127.10 2744.44 2542.49 2479.27 2306.65 2196.07 2137.68 2056.46 1978.52 1904.23 1860.53 1808.41 1756.87 1673.70
Intensitas (watt /m2)** 2.50E+04 2.39E+04 2.15E+04 1.92E+04 1.69E+04 1.56E+04 1.52E+04 1.42E+04 1.35E+04 1.31E+04 1.26E+04 1.22E+04 1.17E+04 1.14E+04 1.11E+04 1.08E+04 1.03E+04
Konsentrasi (μg/m3)*** 0.414021 2.235180 6.711231 11.37097 16.80968 19.99439 21.04355 24.05054 26.09750 27.22034 28.83430 30.44418 32.03882 33.00616 34.19005 35.39481 37.41552
Perubahan konsentrasi (μg/m3)**** 0.414021 1.821159 4.476051 4.659738 5.438709 3.184714 1.049156 3.006996 2.046952 1.122845 1.613961 1.609874 1.594640 0.967347 1.183891 1.204758 2.020711
ppb 0.414021 2.235180 6.711231 11.37097 16.80968 19.99439 21.04355 24.05054 26.09750 27.22034 28.83430 30.44418 32.03882 33.00616 34.19005 35.39481 37.41552
ISPU 0.173 0.931 2.796 4.738 7.004 8.331 8.768 10.021 10.874 11.342 12.014 12.685 13.350 13.753 14.246 14.748 15.590
Status Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik
17
Waktu (menit)
Lanjutan Lampiran 1
Waktu (menit)
Suhu (oC)
Kelembaban (%)
Tekanan (kPa)*
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
29.0 29.0 29.0 29.0 29.0 29.1 29.1 29.1 29.1 29.1 29.1 29.1 29.1
68 68 68 68 68 68 67 67 67 67 67 67 67
0.2 0.2 0.2 0.3 0.4 0.2 0.2 0.2 0.3 0.3 0.2 0.2 0.3
Intensitas (counts) 1623.42 1611.01 1522.14 1471.04 1720.43 1693.55 1441.49 1438.33 1375.14 1370.01 1335.89 1238.02 1192.00
Intensitas (watt /m2)** 9.98E+03 9.91E+03 9.36E+03 9.05E+03 1.06E+04 1.04E+04 8.86E+03 8.84E+03 8.46E+03 8.42E+03 8.22E+03 7.61E+03 7.33E+03
Konsentrasi (μg/m3)*** 38.68643 39.00617 41.37050 42.79332 36.26813 36.92427 43.63883 43.73027 45.60224 45.75797 46.80882 49.97900 51.55736
Perubahan konsentrasi (μg/m3)**** 1.270905 0.319738 2.364336 1.422817 0.000000 0.656139 6.714567 0.091441 1.871966 0.155729 1.050846 3.170184 1.578365
ppb
ISPU
38.68643 39.00617 41.37050 42.79332 36.26813 36.92427 43.63883 43.73027 45.60224 45.75797 46.80882 49.97900 51.55736
16.119 16.253 17.238 17.831 15.112 15.385 18.183 18.221 19.001 19.066 19.504 20.825 21.482
Status Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik Baik
Keterangan : Tanda – menunjukkan tidak ada gas ozon yang terdeteksi *) Tanda negatif (-) menunjukkan di bawah tekanan lingkungan **) Nilai intensitas dikonversi berdasarkan Lampiran 4. ***) Nilai konsentrasi diperoleh dengan persamaan y=4108.3e-0.024x , dari kurva kalibrasi hasil dari normalisasi ****) Nilai konsentrasi merupakan selisih konsentrasi dengan waktu sebelumnya
18
Lanjutan Lampiran 1 Data proses pengencearan sampel gas ozon, 27 Oktober 2011.
5.0
6.437
Konsentrasi perhitungan (μg/m3) 56.96240
1192.00
10.0
58.373
Konsentrasi perhitungan (μg/m3) 14.24060
2852.79
10.0
90.036
Konsentrasi perhitungan (μg/m3) 3.560150
5.5
10.173
51.78400
1311.47
5.5
61.444
12.94600
2950.99
5.5
90.061
3.236500
3866.09
6.0
12.303
47.46867
1379.58
6.0
63.746
11.86717
3024.60
6.0
91.828
2.966792
3922.60
6.5
13.496
43.81723
1417.73
6.5
64.867
10.95431
3060.45
6.5
91.892
2.738577
3924.64
7.0
17.17
40.68743
1535.22
7.0
70.072
10.17186
3226.89
7.0
93.157
2.542964
3965.10
7.5
19.34
37.97493
1604.61
7.5
72.204
9.493733
3295.07
7.5
94.081
2.373433
3994.64
8.0
19.474
35.60150
1608.89
8.0
72.442
8.900375
3302.68
8.0
94.567
2.225094
4010.18
8.5
21.755
33.50729
1681.83
8.5
75.593
8.376824
3403.44
8.5
94.534
2.094206
4009.13
9.0
23.295
31.64578
1731.08
9.0
76.515
7.911444
3432.92
9.0
95.154
1.977861
4028.96
9.5
28.423
29.98021
1895.06
9.5
77.224
7.495053
3455.60
9.5
95.518
1.873763
4040.59
10.0
30.535
28.48120
1962.60
10.0
77.521
7.120300
3465.09
10.0
96.365
1.780075
5.5
34.357
25.89200
2084.81
5.5
79.601
6.473000
3531.61
6.0
38.458
23.73433
2215.95
6.0
81.112
5.933583
3579.93
6.5
39.361
21.90862
2244.83
6.5
80.346
5.477154
3555.43
7.0
44.803
20.34371
2418.85
7.0
83.929
5.085929
3670.01
7.5
46.705
18.98747
2479.67
7.5
84.769
4.746867
3696.87
8.0
50.908
17.80075
8.0
86.698
4.450188
3758.55
8.5
52.787
16.75365
2614.08 2674.16
8.5
86.739
4.188412
3759.86
9.0
54.103
15.82289
2716.24
9.0
87.966
3.955722
3799.10
9.5
55.343
14.99011
2755.90
9.5
88.323
3.747526
3810.52
V + dV
T(%)
Konsentrasi PPLH (μg/m3) 56.9624
25.5577
Intensitas (counts)*
V + dV
T(%)
Konsentrasi PPLH (μg/m3) 11.6246
1.672
Intensitas (counts)*
V + dV
T(%)
Konsentrasi PPLH (μg/m3) 1.0089
0.5666
Intensitas (counts)* 3865.29
4067.68
Keterangan : Lanjutan Lampiran 1 normalisasi pada Lampiran 3. *) Nilai intensitas dari hasil
19
Lanjutan Lampiran 1 Dari data pengenceran dapat dibuat kurva hubungan intensitas cahaya dan konsentrasi. Persamaan kurva dapat digunakan untuk menentukan nilai konsentrasi dari data real-time. 4500
Intensitas (counts)
4000 3500 3000
y = 4108.3e-0.024x R² = 0.986
2500 2000 1500 1000 500 0 0
10
20
30
40
50
60
Konsentrasi (μg/m3)
20
21
Lampiran 2. Perhitungan menentukan nilai konsentrasi pada setiap titik pengenceran. (
)
Keterangan : V0 = volum awal sampel (mL) dV = penambahan volum setelah sampel ditambahkan dengan larutan kalium iodida (mL) C = konsentrasi sampel yang dihitung (g/m3) C0 = konsentrasi awal sampel (g/m3) Lampiran 3. Perhitungan normalisasi menentukan nilai intensitas dari transmitansi pada proses pengenceran. (
)
(
)
Keterangan : Imax = intensitas maximum pada proses penjerapan secara real-time (counts) Imin = intensitas minimum pada proses penjerapan secara real-time (counts) I = intensitas pada waktu tertentu untuk proses pengenceran sampel (counts) Tmax = transmitansi maximum pada proses pengenceran sampel (%) Tmin = transmitansi minimum pada proses pengenceran sampel (%) T = transmitansi pada waktu tertentu untuk proses pengenceran sampel (%) Lampiran 4. Konversi satuan nilai intensitas dari counts menjadi watt/m2.
(
)
(
)
sedangkan
Keterangan : E = energi cahaya (joule) h = konstanta planck (6.63x10-34 J.s) c = kecepatan cahaya (3x108 m/s) λop = panjang gelombang operasi gas ozon (nm) A = luas penampang sumber cahaya (m2)
22
Lampiran 5. Perhitungan untuk menentukan nilai indeks standar pencemar udara (ISPU) dari konsentrasi gas ozon yang terjerap. (
)
Keterangan : I = ISPU terhitung Ia = ISPU batas atas Ib = ISPU batas bawah Xa = konsentrasi udara lingkungan batas atas (µg/m3) Xb = konsentrasi udara lingkungan batas bawah (µg/m3) Xx = konsentrasi udara lingkungan hasil pengukuran (µg/ m3)
23
Lampiran 6. Cara uji kadar oksidan dengan metode neutral buffer kalium iodida (NBKI) menggunakan spektrofotometer.
1. Prinsip Oksidan dari udara lingkungan yang telah dijerap oleh larutan NBKI dan bereaksi dengan ion iodida membebaskan iod yang berwarna kuning muda. Konsentrasi larutan ditentukan secara spektrofotometri pada panjang gelombang 352 nm. 2. Bahan 2.1. Larutan penjerap oksidan a) 10 g kalium iodida (KI) dilarutkan dalam 200 mL air suling. b) Pada tempat yang lain 35,82 g dinatrium hidrogen fosfat dodekahidrat (Na2HPO4.12H20) dan 13,6 g kalium dihidrogen fosfat (KH2PO4) dilarutkan dengan 500 mL air suling dalam gelas piala. c) Larutan kalium iodida ditambahkan dan diaduk sampai homogen, berfungsi sebagai larutan penyangga. d) Larutan ini diencerkan sampai volum 1000 mL dalam labu ukur dan disimpan selama paling sedikit 1 hari. e) Kemudian pH diatur pada 6,8 ± 0,2 menggunakan larutan natrium hidroksida (NaOH) 1% (b/v) atau asam fosfat (H3PO4) 1% (b/v). Catatan : 35,82 g Na2HPO4.12H20 dapat diganti dengan 14,2 g dinatrium hidrogen fosfat (Na2HPO4). 2.2. Larutan induk iodida (I2) 0,05 N a) 16 g KI dan 3,173 g kristal I2 dimasukan secara berturut-turut ke dalam labu ukur 500 mL. b) Kemudian dilarutkan dengan air suling, dan labu diisi hingga tepat tanda tera dan dihomogenkan. c) Larutan disimpan pada suhu ruang paling sedikit selama 1 hari. d) Larutan dipindahkan ke dalam botol gelap dan disimpan di lemari pendingin. 2.3. Pembuatan larutan standar iodida (I2) a) 5 mL larutan induk iodida 0,05 N dimasukan menggunakan pipet ke dalam labu ukur 100 mL, kemudian diencerkan dengan air suling sampai tanda tera lalu dihomogenkan. b) 4 mL larutan hasil pengerjaan pada 2.3 butir a) dimasukan menggunakan pipet ke dalam labu ukur 100 mL, dan ditepatkan dengan larutan penjerap. Larutan ini digunakan untuk membuat kurva kalibrasi. Catatan : Larutan ini stabil selama 1 sampai 2 hari.
24
Lanjutan Lampiran 6 3. Pengujian contoh uji a) Dalam jangka waktu 30 menit – 60 menit setelah pengambilan contoh uji, larutan contoh uji dimasukan ke dalam cuvette pada alat spektrofotometer, lalu diukur intensitas warna kuning yang terbentuk pada panjang gelombang 352 nm. b) Serapan contoh uji dapat diamati kemudian dihitung jumlah oksidan (μg) dengan menggunakan kurva kalibrasi. 4. Perhitungan 4.1. Jumlah oksidan dalam larutan standar iodida Jumlah (μg) oksidan (dihitung sebagai ozon) dalam 1 mL Iarutan standar iodida yang digunakan dalam pembuatan kurva kalibrasi dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: Keterangan: O3 = jumlah oksidan (μg) N2 = normalitas iodida 0.05 N hasil standarisasi 16 = jumlah ekivalen O3 (0.8 μg/mL) dibagi dengan normalitas iodida 0.05 N. 4.2. Volum contoh uji udara yang diambil Volum contoh uji udara yang diambil, dikoreksi pada kondisi normal (25oC, 760 mmHg) dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
Keterangan: V = volum udara yang dihisap dikoreksi pada kondisi normal 25oC, 760 mmHg (liter) F1 = laju alir volum awal (liter/menit) F2 = laju alir volum akhir (liter/menit) t = durasi pengambilan contoh uji (menit) Pa = tekanan barometer rata-rata selama pengambilan contoh uji (mmHg) Ta = suhu rata-rata selama pengambilan contoh uji (oK) 298 = konversi suhu pada kondisi normal (25oC) ke dalam kelvin 760 = tekanan udara standar (mmHg).
25
Lanjutan Lampiran 6 4.3. Konsentrasi oksidan di udara lingkungan Konsentrasi oksidan dalam contoh uji dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Keterangan: C = konsentrasi oksidan di udara (μg/Nm3) a = jumlah oksidan dalam contoh uji yang diperoleh dari kurva kalibrasi (μg) V = volum udara yang dihisap dikoreksi pada kondisi normal 25oC, 760 mmHg. 5. Linieritas kurva kalibrasi Koefisien korelasi (r) lebih besar atau sama dengan 0,998 (atau sesuai dengan kemampuan laboratorium yang bersangkutan) dengan intersepsi lebih kecil atau sama dengan batas deteksi. 5.1. Pembuatan kurva kalibrasi a) Optimalisasi alat spektrofotometer sesuai petunjuk penggunaan alat. b) Larutan standar iodida dimasukkan ke dalam masing-masing tabung uji 10 mL, lalu pipet 0 mL, 0.5 mL, 1.0 mL, 1.5 mL, 2.0 mL, dan 3.0 mL. c) Larutan penjerap ditambahkan sampai volum larutan 10 mL dan dihomogenkan. d) Masing-masing larutan standar diukur dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 352 nm. e) Kurva kalibrasi dibuat antara serapan dengan jumlah oksidan (μg).
26
Lampiran 7. Skema penjerapan gas ozon untuk menentukan panjang gelombang absorpsi
a. Penjerapan gas ozon dari udara lingkungan
b. Penjerapan gas ozon dari sumber ozon (ozonizer)
27
Lampiran 8.
Skema pngujian dengan metode spektroskopi
28
Lampiran 9. Simulasi perubahan transmitansi terhadap perubahan indeks bias larutan penjerap KI pada sensor kristal fotonik pendeteksi gas ozon.
29
Lampiran 10. Gambar – gambar alat yang digunakan
Jalur udara masuk
Jalur udara keluar
Pemecah gelembung (bubbler) Adapter serat optik
a. Skema tabung penjerap
b. Lampu LED UV emitter
c. Tabung isolasi berkapasitas 5 liter
30
Lanjutan Lampiran 9
d. Sumber ozon (ozonizer)
e. Pengukur laju alir (flowmeter)
f. Spektrofotometer USB4000 ocean optics
Sampel berwarna kuning muda
g. Hasil sampel gas ozon yang terjerap dalam larutan kalium iodida
