JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
1
Pengaruh Variasi Bending Sensor pH Berbasis Serat Optik Plastik Menggunakan Lapisan Silica Sol Gel Terhadap Sensitivitas Nafi’ul Matiin, Agus Muhammad Hatta, Sekartedjo, Laboratorium Rekayasa Fotonika-Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri- Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Kampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111 Indonesia Email :
[email protected]
Abstrak— Pengukuran terhadap nilai keasaman (pH) suatu cairan diperlukan di berbagai bidang seperti kedokteran, kosmetik, biomedik, makanan, dan lain sebagainya. Pada penelitian ini dilakukan perancangan dan karakterisasi sensor pH berbasis serat optik plastik dengan cladding lapisan silica sol-gel yang diberi perlakuan bending/lekukan. Pembuatan sensor dilakukan dengan mengupas coating serat optik dan mengganti bagian cladding dengan lapisan sol – gel yang berfungsi sebagai elemen sensing. Variasi panjang lapisan sol gel yang dibuat adalah 3 cm, 4 cm dan 5 cm. Saat melakukan pengukuran, bagian serat optik dengan lapisan sol gel di lekukkan dengan diameter lekukan 16.91 mm, 22.25 mm dan 31.2 mm. Larutan yang diukur adalah larutan Asam Klorida (HCl) dengan nilai pH 4 hingga 7. Dari hasil pengujian diperoleh karakteristik sensor terbaik pada sensor dengan panjang kupasan 4 cm dan diameter lekukan 22.25 mm. Sensor ini memiliki sensitivitas sebesar 25.85 x 10-3µW/pH, dengan resolusi 0.038 pH pada perubahan 10-3 µW, dan nilai koefisien determinasi sebesar 97,2%
Kata Kunci— serat optik plastik, sensor pH, pengukuran
I. PENDAHULUAN Pengukuran pH diperlukan untuk berbagai kebutuhan di bidang pertanian, kedokteran, untuk kosmetik, biomedik, dan lain sebagainya. Tiap – tiap bidang, membutuhkan alat ukur dengan sensitivitas yang berbeda – beda. Karena inilah penelitian mengenai sensor pH terus berkembang. Kertas lakmus adalah salah satu alat ukur ph konvensional. Kertas lakmus biru digunakan untuk mengukur pH asam, sedangkan kertas lakmus merah digunakan untuk mengukur pH basa. Prinsip kerjanya sederhana, hanya dengan melihat perubahan warna pada kertas lakmus saat dicelupkan pada larutan yang ingin diketahui nilai pHnya [1]. Selanjutnya perubahan warna kertas lakmus dicocokkan dengan bagan warna penunjuk yang ada sehingga diketahui nilai pHnya. Alat ukur ini kurang efektif karena sensitivitasnya kecil dan nilai pH yang terbaca adalah nilai pendekatan (yaitu dengan menentukan kemiripan warna yang paling dekat antara kertas lakmus dan bagan warna). Selain lakmus, pengukuran pH dapat dilakukan dengan menggunakan pH meter yang bekerja berdasarkan prinsip elektrolit/konduktivitas suatu larutan. Cara kerja pH meter ini adalah dengan cara mencelupkan probe dari pH meter
kedalam larutan yang akan diukur (kira-kira kedalaman 5cm) dan secara otomatis alat bekerja mengukur. pH meter memiliki ketelitian yang lebih baik yaitu memiliki sensitivitas 0.01 pH. Meskipun demikian, pH meter masih mempunyai kekurangan, yaitu perubahan yang lambat dan berosilasi, yang merupakan masalah yang penting dalam menentukan skala yang valid. Saat ini, serat optik plastik mulai banyak digunakan untuk dekorasi, jaringan lokal, pencahayaan, pemandu gambar dan untuk sensor. Serat Optik memiliki beberapa kelebihan diantaranya ringan, tidak mengalami korosi, tidak sensitif terhadap interferensi elektromagetik, memiliki diameter yang cukup besar sehingga dalam penyambungan antara satu bagian dengan bagian yang lain menjadi lebih mudah, serta memiliki nilai NA (Numerical Apperture) yang cukup besar. Sedangkan kelemahannya adalah panjang lintasan tidak terlalu jauh, hal ini disebabkan karena serat optik plastik memiliki rugi propagasi yang tinggi. Telah banyak jurnal yang berisi penelitian tentang pemanfaatan serat optik plastik sebagai sensor diantaranya adalah sensor strain, temperatur, kelembaban, sensor pH dan lain sebagainya [1] Telah banyak penelitian mengenai sensor pH dengan menggunakan serat optik. B eberapa diantaranya adalah penelitian dari E. Alvarado-M’endez dkk (2004 : 518 – 522), membuat sensor pH dengan pelapis cladding menggunakan bromophenol blue. Range pH yang dapat diukur antara 5.0 hingga 7.0. Suozhu Wu dkk (2009 : 255 – 259) membuat sensor pH menggunakan bromocresol green dan cresol red. Range pH yang dapat diukur antara 2.0 hingga 8.0 dan 9.0 hingga 13.0. Penelitian dari L. Wibisono [2] telah mendemonstrasikan sensor pH menggunakan fiber optik plastik dengan rentang pengukuran pH 5 -7 dan memiliki sensitivitas 0.27 pH/mV. Pada penelitian tersebut menggunakan probe (sensor serat optik) lurus sepanjang 5 cm yang dilapisi sol-gel. Pada penelitian tugas akhir ini akan dikaji penggunaan probe bending/lekukan setengah lingkaran. Probe bending lebih mudah digunakan dibandingkan dengan probe lurus dalam proses pengukuran pH.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 II. URAIAN PENELITIAN Bab ini berisi tentang metodologi yang akan dilaksanakan dalam penelitian. Langkah – langkahnya adalah sebagai berikut : • Menentukan bahan yang akan digunakan untuk membuat sensor pH seperti material penyusun sol gel, serat optik plastik dan jenis larutan yang akan diuji pHnya. • Menentukan peralatan – peralatan yang menunjang terlaksananya penelitian seperti alat – alat uji, teori dan persamaan, dan variabel yang akan digunakan. • Menentukan proses yang akan digunakan mulai awal penelitian hingga mendapat kesimpulan dari proses yang telah dilakukan. Berikut ini adalah penjelasan dari langkah – langkah umum yang telah dituliskan di atas. 2.1 Penentuan Bahan Bahan yang digunakan untuk membuat sensor pH ini adalah : • Serat optik plastik Serat optik plastik yang digunakan adalah jenis multimode dengan diameter core 980 µm dan diameter cladding 20 µm (980/1000). Diameter core yang besar memiliki keuntungan yaitu : (a) coupling cahaya akan lebih mudah (b) karena luas permukaan corenya besar, maka lapisan silica dapat melekat dengan lebih mudah, dan (c) handling serat optik lebih mudah. • Alkohol 70 % Alkohol ini digunakan untuk membersihkan serat optik setelah dikupas cladingnya dengan kertas amplas khusus serat optik. • Etanol/alkohol absolut Etanol absolut adalah larutan alkohol dengan konsentrasi 100%. Larutan ini adalah salah satu bahan penyusun lapisan sol gel. Etanol absolut yang digunakan sebesar 30ml • HNO 3 30% HNO 3 digunakan untuk mengaktifkan ion OH- yang berada pada permukaan core . Sebelum dicelupkan pada sol gel, serat optik yang telah hilang claddingnya direndam pada HNO 3 30% selama 5 m enit a gar lapisan sol gel dapat melekat pada permukaan serat optik. • TEOS (Tetra Ethil Ortho Silicate) Larutan TEOS yang digunakan adalah 30ml, sebagai bahan baku (pokok) dari sol gel. TEOS digunakan karena sol gel yang terbentuk nantinya akan menghasilkan indeks bias lebih kecil dibandingkan dengan core sehingga syarat pemanduan gelombang pada serat optik dapat terpenuhi. • Bromophenol Blue Bromophenol Blue yang digunakan sebesar 82 mg, Bahan ini merupakan indikator yang peka terhadap pH asam. Baik untuk mengukur range pH 5 – 7. • Cresol red Cresol Red yang digunakan sebesar 46mg, merupakan indikator yang peka terhadap PH basa. Baik untuk mengukur range pH 6,8 – 8,2. • Deionized Destilated Water
2 Merupakan air murni hasil penyulingan (destilasi) sehingga terbebas dari ion – ion dan mineral – moneral terlarut lainnya. Penggunaannya sebesar 2 ml. 2.2 Penentuan Peralatan Peralatan yang digunakan dalam pembuatan sensor adalah sebagai berikut : • Fiber Optic toolkit Berupa alat pemotong untuk memotong serat optik agar permukaannya rata (halus), mengupas coating bagian tenggah dan amplas khusus untuk menghilangkan cladding. • Gelas Kimia Gelas kimia dengan berbagai ukuran digunakan sebagai alat ukur bahan – bahan cair dan sebagai tempat terjadinya reaksi kimia. • Pipet Digunakan untuk mengambil dan memindah larutan tertentu dari satu tempat ke tempat lain. • Timbangan Analitik Timbangan analitik digunakan untuk mengukur bahan – bahan dalam bentuk serbuk. Ketelitian alat ukur ini mencapai 1 μg. • Hot Plate Magnetic Stirrer Alat ini digunakan untuk mengaduk bahan – bahan penyusun sol – gel dengan suhu pengadukan dan kecepatan pemutaran magnet pengaduk yang dapat diatur sehingga didapatkan campuran yang homogen. Suhu pengadukan adalah 600C selama 60 menit. 2.3 Tahapan Pembuatan Sensor Ada beberapa langkah yang dilakukan untuk membuat sensor pH dengan menggunakan serat optik plastik dengan cladding silica sol - gel yaitu : Serat optik plastik yang akan digunakan dipotong dengan ukuran 33 cm. banyak serat optik yang digunakan adalah 6 x 33 cm. Setelah itu, bagian tengah dari serat optik plastik dikupas coatingnya dengan variasi panjang 3 cm, 4 cm, dam 5 c m (masing – masing variasi 2 buah). Agar tidak patah saat pengupasan digunakan alat khusus yaitu optical fiber toolkits. Setelah coatingnya terkupas, cladding dari serat optik dihilangkan dengan cara digosok menggunakan kertas amplas khusus serat optik. Penggosokan harus pelan – pelan dan merata agar semua cladding pada seluruh bagian terkupas dengan rata. Selanjutnya, pembuatan silica sol-gel dimulai dengan menimbang dan mengukur semua bahan – bahan sesuai dengan ukuran masing – masing seperti yang telah disebutkan sebelumnya. Seluruh bahan yaitu TEOS, etanol absolut, cresol red, bromophenol blue dan deionized destilation water dicampur dalam satu glas kimia dan dipanaskan dengan Hot plate magnetic Stired pada suhu 600C selama 60 menit. Sebelum dicelupkan pada sol gel, serat optik direndam pada HNO 3 30% selama 5 menit untuk mengaktifkan ion OH- pada permukaan core. Selanjutnya serat optik dicelupkan pada sol gel selama kurang lebih 1 menit dan diangkat secara vertikal. Pencelupan dari keenam serat optik dilakukan bersama – sama dengan tujuan agar ketebalan yang dihasilkan sama. Setelah dilakukan pencelupan pada sol gel, serat optik dibiarkan pada tekanan atmosfer dan pada suhu kamar selama 20 ha ri. Sebelum
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 digunakan untuk mengukur pH, sensor dicelupkan pada air (pH 7) sebelum digunakan. Berikut ini adalah rangkaian sensor untuk mengukur pH beserta bagian – bagiannya.
Gambar 2. 1
3 diatas 7 ( larutan basa) lapisan sol – gel berubah warna dan rusak. Dan ketika digunakan untuk mengukur larutan yang nilai keasamannya dibawah 4, maka daya keluaran tidak stabil. Setelah nilai pH stabil (dilihat dari nilai terukur pada pHmeter elektrik) selanjutnya daya optik keluaran pada powermeter dicatat. Pada saat pengukuran, sensor serat optik diberi bending (lekukan) dengan diameter tertentu. Pemberian lekukan ini dilakukan dengan cara melekatkan bagian fiber yang masih memiliki coating pada pipa yang telah diukur diameternya. Agar fiber tidak bergeser, direkatkan dengan menggunakan lem tembak pada sisi – sisinya. Ada 3 variasi diameter bending yaitu 16.91 mm, 22.25 mm dan 31.2 mm. Set - up dari susunan peralatan ditunjukkan oleh gambar 2.2.
Rangkaian alat Pengukuran pH dengan Serat Optik
2.4 Langkah Pegambilan Data Sensor pH dengan Serat Optik Plastik Langkah – langkah yang dilakukan dalam proses pengambilan data sensor pH berbasis serat optik ditunjukkan oleh gambar 2.2. 1. Menghubungkan ujung – ujung sensor serat optik dengan infra merah (source) dan power meter.
2. Mencelupkan bagian yang terlapisi sol gel pada air murni (aquades)
3. Memberi tetesan HCl, diaduk dan ditunggu 5 – 10 detik, kemudian dilihat nilai keluaran pada power meter dan pH meter.
4. Kegiatan no 3 diulang hingga nilai pH mencapai
4.
5. Pemberian bending dengan diameter yang berbeda
6. Tiap – tiap nilai keluaran dicatat dan dianalisa
Gambar 2.2 Langkah – langkah Pengambilan Data Larutan yang akan diukur nilai pH nya adalah larutan asam Clorida (HCl). Mula – mula sensor dicelupkan pada aquades dengan nilai pH 7. Selanjutnya sedikit demi sedikit diberi tetesan HCl yang telah dincerkan hingga konsentrasi 1% dan memiliki nilai pH 1.89. Penambahan HCl pada larutan uji (aquades) akan meningkatkan nilai pH dari larutan tersebut. Setiap pemberian tetesan, dilakukan pengadukan agar diperoleh larutan yang homogen. Nilai keluaran pada power meter dicatat setelah 5 hingga 10 detik (saat nilai pH stabil). Range pH yang diukur adalah 4 hingga 7, hal ini dikarenakan, pada pengambilan data sebelumnya, ketika sensor digunakan untuk mengukur larutan dengan pH
Gambar 2.3 Skema Rancangan Sistem Pengukuran pH Data yang diperoleh dari hasil pengukuran di plot dalam grafik yang menghubungkan nilai pH sebagai sumbu x dan daya optik keluaran sebagai sumbu y. Dari hasil evaluasi model regresi yang dilakukan, disimpulkan adanya kecenderungan yang mengarah pada bentuk persamaan regresi linier seebagai berikut : (1)
𝑌𝑌 = 𝑎𝑎 + 𝑏𝑏𝑏𝑏
Nilai ‘b’ dan ‘a’ dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :
𝑏𝑏 =
𝑎𝑎 =
𝑛𝑛 ∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑦𝑦 𝑖𝑖 −�∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1 𝑥𝑥 𝑖𝑖 ��∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1 𝑦𝑦 𝑖𝑖 �
(2)
∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1 𝑦𝑦 𝑖𝑖
(3)
𝑛𝑛 ∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1 𝑥𝑥 𝑖𝑖 2 − �∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1 𝑥𝑥 𝑖𝑖 �
𝑛𝑛
− 𝑏𝑏
2
∑𝑛𝑛𝑖𝑖=1 𝑥𝑥 𝑖𝑖 𝑛𝑛
Keterangan : n = banyak pasangan data = nilai peubah tak bebas Y ke-i yi = nilai peubah bebas X ke-i xi III. PETUNJUK TAMBAHAN
Pada bab ini dibahas mengenai hasil pengukuran, pengolahan data serta analisa karakteristik sensor seperti sensitivitas, resolusi dan linearitas.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 Karakterisasi sensor pH dilakukan pada sensor dengan variasi diameter bending/lekukan D 1 = 16,91 mm, D 2 = 22,25 mm, dan D 3 = 31,20 mm. Tiap – tiap bending/lekukan memiliki variasi panjang kupasan/lapian sol-gel L 1 = 3 cm, L 2 = 4 c m, danL 3 = 5 c m. Hasil pengukuran daya optik terhadap perubahan pH ditunjukkan pada gambar 3.1 – 3.3. untukvariasi D 1,2,3 dengan L 1,2,3 . Pendekatan dengan menggunakan regresi linear dilakukan karena pendekatan ini yang paling sesuai dengan respon keluaran dari sensor pH m enggunakan serat optik plastik. Beberapa penelitian sensor pH dengan sensor serat optik juga menggunakan pendekatan ini [3,4,5]. Pendekatan dengan menggunakan regresi polinomial telah dilakukan (terdapat pada lampiran). Dengan menggunakan pendekatan ini, nilai R2 meningkat hanya untuk salah satu sensor, sedangkan nilai R2 untuk sensor lain hampir sama nilainya. Sehingga, pendekatan dengan regresi linier yang lebih dipilih. Gambar 3.1 menunjukkan daya keluaran sensor ketika diberi bending dengan diameter (D 1 ) 16.91 mm. Dari grafik terlihat bahwa range output dari masing – masing sensor memiliki nilai yang berbeda. Untuk sensor 1 ( D 1 L 1 ) yaitu dengan panjang lapisan sol – gel 3 cm memiliki keluaran yang paling besar yaitu 0.241 μW ketika pH yang diukur memiliki nilai 4.04 dan 0.149 μW saat nilai pH 7.13. Sedangkan sensor 3 (D 1 L 3 ) dengan panjang lapisan sol – gel 5 cm menghasilkan keluaran yang cenderung lebih kecil dibandingkan dengan sensor 1 dan 2.
4 0.040 pH pada perubahan 10-3 µW. Sensor 2 memiliki resolusi 0.038 pH dan resolusi dari sensor 3 a dalah 0.046. Sehingga dapat disimpulkan dengan diameter bending 16.91 mm sensor 2 memiliki resolusi yang paling baik. Untuk grafik perbandingan keluaran daya optik dari sensor L 1,2,3 dengan diameter bending 22.25 mm ditunjukkan oleh gambar 3.2 di bawah. Gambar 3.2 menunjukkan daya optik keluaran dari masing – masing sensor ketika diberi bending dengan diameter 22.25 mm. Jika dibandingkan dengan grafik sebelumnya, daya keluaran dari sensor pada pengukuran kedua ini lebih kecil. Hal ini menunjukkan adanya penurunan kualitas dari sensor tersebut setelah digunakan untuk 2 kali pengukuran. Pada pengukuran kedua ini, sensor 2 (D 2 L 2 ) yaitu dengan panjang lapisan sol –gel 4 cm memiliki nilai keluaran yang paling besar yaitu 195 x 10-3 µW ketika nilai pH 4.04 dan 158 x 10-3 µW ketika nilai pH 6.99.
Gambar 3. 2
Gambar 3. 1
Daya optik terhadap variasi pH untuk sensor 1: D 1 L 1 , sensor 2: D 1 L 2 , dan sensor 3: D 1 L 3
Ketika diberi bending 16.91 mm maka sensor 2 (D 1 L 2 ) memiliki sensitivitas terbaik yaitu 2 5.85 x 10-3µW. Sedangkan untuk sensor 1(D 1 L 1 ) m emiliki sensitivitas 24.98 x 10-3µW dan sensor 3 (D 1 L 3 ) memiliki sensitivitas 21.34 x 10-3µW. Sensor 1 (D 1 L 1 ) memiliki nilai koefisien determinasi 0.82 atau 82%. Sedangkan untuk sensor 2 ( D 1 L 2 ) da n sensor 3 (D 1 L 3 ) memiliki nilai koefisien determinasi sama yaitu 0.972 atau 97,2%. Hal ini menunjukkan bahwa respon keluaran sensor 2 dan 3 sangat linear. Dari hasil pengukuran pada tabel (terdapat pada lampiran) maka dapat diketahui resolusi dari masing – masing sensor ketika diberi bending 16.91 mm. Sensor 1 memiliki resolusi
Daya optik terhadap variasi pH untuk sensor 1: D 2 L 1 , sensor 2: D 2 L 2 , dan sensor 3: D 2 L 3
Saat diberikan bending dengan diameter 22.25 mm nilai sensitivitas dari ketiga sensor mengalami penurunan, terutama sensor 1 (D 2 L 1 ) yang memiliki panjang lapisan sol – gel 3 cm. Sensor 2 memiliki sensitivitas 13.66 x 10-3µW dan sensor 3 memiliki sensitivitas 13.68 x 10-3µW. Sedangkan sensitivitas dari sensor 1 (D 2 L 1 ) mengalami penurunan drastis yaitu 7.5 x 10-3µW. Pada pengukuran kedua ini, masing – masing sensor memiliki nilai koefisien determinasi yang cukup besar (mendekati 100%) yaitu 91,7% untuk sensor 1, untuk sensor 2 adalah 93,7% dan untuk sensor 3 y ang memiliki nilai paling tinggi yaitu 98.7%. Nilai resolusi pada pengukuran kedua ini adalah, untuk sensor 1 sebesar 1.33 pada perubahan 10-3 µW. Sedangkan untuk sensor 2 dan sensor 3 adalah 0.732 dan 0.730 pada perubahan 10-3 µW. Sedangkan grafik perbandingan keluaran daya optik dari sensor L 1,2,3 dengan diameter bending (D 3 ) 31.20 mm sebagai berikut : Gambar 3.3 menunjukkan keluaran hasil pengukuran sensor dengan diameter bending 31.2 mm. Pada pengukuran ketiga ini masing – masing sensor memiliki respon yag hampir sama baik dari besar keluaran, kemiringan, maupun
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 kelinearan. Hal ini terlihat dari gambar ketiga grafik yang saling berimpit. Nilai sensitivitas dari sensor 2 dan sensor 3 mengalami penurunan pada pengukuran ketiga ini yaitu 10.39 x 10-3µW untuk sensor 2 da n 10.89 x 10-3µW untuk sensor 3. Sedangkan pada sensor sensitivitas sensor 1 na ik menjadi 8.96 x 10-3µW. Pada pengukuran ketiga ini, nilai lkoefisien determinasi dari masing – masing sensor meningkat yaitu 96% untuk sensor 1 dan sensor 2. Sedangkan untuk sensor 3 adalah 99%. Dari ketiga pengukuran yang dilakukan menunjukkan bahwa semakin besar diameter bending yang diberikan akan meningkatkan nilai linearitas dari masing – masing sensor.
Gambar 3. 3
Daya optik terhadap variasi pH untuk sensor 1: D 3 L 1 , sensor 2: D 3 L 2 , dan sensor 3: D 3 L 3 .
Semakin besar diameter bending yang diberikan menyebabkan resolusi dari sensor menjadi semakin besar. Dari hasil pengukuran ketiga seperti yang ditunjukkan oleh tabel 4.3 (terdapat pada lampiran) menunjukkan bahwa untuk sensor 1 memiliki resolusi 0.11 pada perubahan 10-3 µW. Untuk sensor 2 memiliki resolusi 0.096 pa da perubahan 10-3 µW dan untuk sensor 3 memiliki resolusi 0.091 pada perubahan 10-3 µW. Berdasarkan hasil yang ditunjukkan pada Gambar 3.1 - 3.3. Berikut perbandingan karakteristik statis sensor yang ditunjukkan pada Tabel 3.1. Tabel 3.1 Karakteristik statis sensor pH Sensitivitas Resolusi (x 10-3µW (pada tiap perubahan Sensor perubahan 10-3 µW) pH) D1L1 24.98 0.040 D1L2 25.85 0.038 D1L3 21.34 0.046 D2L1 7.5 1.33 D2L2 13.66 0.732 D2L3 13.68 0.730 D3L1 8.96 0.11 D3L2 10.89 0.096 D3L3 10.89 0.091
Koefisien Determinasi (R2) 82% 97,2%. 97,2%. 91,7% 93,7% 98,7% 96% 96% 99%
5
Keterangan : D m L n = Sersor dengan panjang diameter bending ke-m dan panjang lapisan sol – gel ke – n Dari ketiga pengukuran dengan variasi diameter bending pada masing – masing sensor menunjukkan bahwa besar diameter bending memberi pengaruh pada respon keluaran dari sensor yaitu nilai sensitivitas, linearitas dan resolusinya. Untuk range/rentang pengukuran dari sensor yang berhasil diukur adalah 4 hingga 7. Pada saat sensor digunakan untuk mengukur larutan basa yaitu dengan nilai pH diatas 7, lapisan sol – gel pada serat optik berubah warna menjadi biru kehitaman dan sensor langsung rusak (tidak dapat menangkap perubahan pH). Sedangkan ketika digunakan untuk mengukur pH di bawah 4 ke luaran sensor berosilasi (tidak stabil). Hal ini terjadi pada ketiga sensor. Sensor dengan respon terbaik dari ketiga pengukuran yang telah dilakukan adalah sensor D 1 L 2 (sensor dengan panjang lapisan sol – gel 4 cm) dengan pemberian diameter bending 22.25 mm. Nilai sensitivitas yang dihasilkan yaitu sebesar 25.85 x 10-3µW, dengan resolusi 0.038 pada perubahan 10-3 µW, dan nilai koefisien determinasi sebesar 97,2%. Jika dibandingkan dengan penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Lucky Wibisono [2], dimana digunakan sensor pH dengan probe lurus yang menghasilkan nilai sensitivitas sebesar 5.24 mV pada tiap perubahan pH dan resolusi sebesar 0.191 pada tiap perubahan tegangan 1 mV, pemberian bending pada sensor pH berbasis serat optik plastik dengan lapisan silica sol - gel dapat meningkatkan nilai resolusi yaitu sebesar 4.93 kali dan sensitivitas dari sensor yaitu sebesar 5.03 kali. IV. KESIMPULAN DAN RINGKASAN Dari penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa : • Telah berhasil dilakukan perancangan dan pembuatan sistim pengukuran pH melalui variasi bending/tekukan pada sensor serat optik plastik dengan cladding lapisan silica solgel. • Dari 9 variasi panjang lapisan sol-gel dan diameter bending, sensor D 1 L 2 (panjang lapisan sol – gel 4 cm dan diameter bending 16.91 mm), adalah sensor dengan respon terbaik yaitu memiliki sensitivitas sebesar 25.85 x 10-3µW, dengan resolusi 0.038 pH pada perubahan 10-3 µW, dan keofisien determinasi sebesar 97,2%. • Jika dibandingkan dengan konfigurasi sensor pH serat optik plastik dengan cladding silica sol-gel t anpa lekukan /lurus (Wibisono, 2009), maka diperoleh peningkatan sensitivitas sebesar 4,93 kali sedangkan resolusinya meningkat sebesar 5,03 kali. UCAPAN TERIMA KASIH Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Agus Muhamad Hatta, ST, M.Si, PhD dan Bapak Dr. Ir. Sekartedjo, MSc yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam pelaksanaan tugas akhir ini. Kepada
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6 teman – teman pengurus laboratorium rekayasa fotonika, dan seluruh pihak yang membantu terselesaikannya tugas akhir ini. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] [3]
[4] [5]
Kholilah, Rahardiyanti Ayu. 2008 . Study Awal Fiber Optik sebagai Sensor pH. Surabaya : ITS. Wibisono, Lucky. 2009 . Perancangan Sistem Kuisisi Data Sensor pH Berbasis Lapisan Silica Sol-Gel. Surabaya : ITS. Maddu, Akhiruddin. 2006. Sensor pH Serat Optik Berdasarkan Absorpsi Gelombang Evanescent dengan Menggunakan Cladding Polimer Berdopping Dye Indikator. Jakarta. UI. Dong, Saying. 2007. Boad range pH Sensor Based on Sol – Gel Entrapped Indicators on Fibre Optic. Sensors and Actuators, 94 – 98 Mendez, E. A. 2005 . Design and characterization of pH sensor based on sol-gel silica layer on plastic optical fiber. Sensor and actuator , 518 - 522.
6
