Sensor pH - Digilib ITS

SEMINAR TUGAS AKHIR

APLIKASI OPTIK DAN FIBER OPTIK

SEBAGAI SENSOR pH Oleh :

Rahardianti Ayu K. (1106 100 042)

Dosen Pembimbing :

Drs. Hasto Sunarno, M.Sc

PENDAHULUAN g p ¾ Selama dua dekade terakhir,, p pembangunan aplikasi sensor kimia dan biosensor tumbuh dengan pesat. Di antara semua sensor, sensor p pH telah menerima banyak y perhatian karena p pentingnya pengukuran pH di berbagai penelitian ilmu pengetahuan dan aplikasi praktis. ¾ Dengan menggunakan prinsip kerja fiber optik maka dapat dirangkai suatu sensor pH secara optik melalui elektroda kaca untuk pengukuran pH. Rangkaian ini dapat memberikan ber‐ bagai kelebihan antara lain kekebalan terhadap gangguan listrik, kelayakan dari miniaturisasi, dimungkinkannya penga‐ matan jarak jauh maupun melakukan pengukuran vivo.

Aplikasi Optik dan Fiber Optik Sebagai Sensor pH

TUJUAN J ¾ Untuk melakukan tinjauan fiber optik sebagai sensor pH dengan metode sensor pH khusus jenis sensor pH serat optik submikron.

BATASAN MASALAH ¾ Sampel yang digunakan sebagai acuan sensor pH adalah larutan HCl 1 M untuk NaOH k pH H asam dan d larutan l N OH 1 M untuk k pH H basa. b ¾ Menggunakan LED merah. ¾ Menggunakan M k fiber fib optik tik multimode lti d tipe ti FD‐620‐10. FD 6 ¾ Menggunakan metode sensor pH khusus jenis sensor pH serat optik tik submikron b ik Aplikasi Optik dan Fiber Optik Sebagai Sensor pH

DASAR TEORI Cahaya ¾ Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang terdiri dari gelombang medan listrik E dan gelombang medan magnet H yang saling tegak lurus dan selalu pada arah transversal terhadap arah rambatnya.

Serat Optik ¾ Serat optik merupakan saluran transmisi cahaya yaitu sejenis kabel yang terbuat dari kaca atau plastik yang sangat halus dan lebih kecil dari sehelai rambut, dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain.


DASAR TEORI cont’2 Keuntungan Penggunaan Serat Optik ¾ Ukuran kecil dan ringan, sehingga hemat pemakaian ruang. ¾ Imun kekebalan terhadap gangguan elektromagnetik dan gangguan gelombang radio. gangguan gelombang radio ¾ Tidak bersifat sebagai penghantar (tidak ada energi listrik dan percikan api). ¾ Tidak berkarat


DASAR TEORI cont’44 Sensor pH ¾ Salah satu contoh sensor kimia yang cukup poluler dan sering adalah i kita kit gunakan k di laboratorium l b t i d l h sensor pH, H baik b ik yang berupa kertas lakmus atau kertas pH maupun pH meter. ¾ pH meter adalah pengukuran pH secara potensiometri. Sistem pengukuran dalam pH meter berisi elektroda kerja untuk pH dan elektroda refrensi. Perbedaan potensial antara 2 elektroda tersebut sebagai fungsi dari pH dalam larutan yang diukur. Oleh karenanya larutan yang diukur harus bersifat elektrolit. Aplikasi Optik dan Fiber Optik Sebagai Sensor pH

DASAR TEORI cont’55 Sensor Kimia Serat Optik Sensor

kimia

serat

optik

(fiber

optic

chemical

sensors/FOCS) menawarkan beberapa kelebihan diban‐ dingkan dengan jenis sensor lainnya. Diantaranya adalah ukurannya yang kecil dan ringan serta tahan terhadap gangguan elektromagnetik. Hal ini karena serat optik sensor dapat terbuat dari gelas sehingga kuat dan tahan p temperatur p tinggi, gg vibrasi, g goncangan g dan dapat p terhadap digunakan pada lingkungan yang berbahaya sekalipun.


DASAR TEORI cont’6 S h Sensor pH Khusus Kebanyakan

sensor

pH

optik

dikembangkan

didasarkan pada indikator pH disubstrat padat, dan fabrikasi dalam bentuk membran atau lapisan film tipis pada padat transparan. Sebagian besar sensor pH fib optik fiber tik dibuat dib t dengan d l i lapisan fil tipis film ti i langsung l menuju lapisan inti fiber.


DASAR TEORI cont’77 H A B pH Asam Basa Asam dan Basa merupakan dua golongan zat kimia yang sangat penting dalam kehidupan sehari‐hari. Berkaitan

dengan

sifat

asam

Basa,

larutan

dikelompokkan dalam tiga golongan, yaitu bersifat asam,, bersifat basa,, dan bersifat netral. Asam dan Basa memiliki sifat‐sifat yang berbeda, sehingga kita bisa menentukan sifat suatu larutan. larutan


DASAR TEORI cont’8 F Fotodetektor d k ¾ Fotodetektor yang baik memiliki kepekaan atau respon yang tinggi, waktu respon yang cepat, noise dari detektor yang rendah dan karakteristik dari performasi yang tidak mudah dipengaruhi oleh k di i lingkungan kondisi li k


Waktu & Tempat Penelitian serta Persiapan Sampel Waktu Bulan April – Juni 2011, dengan temperatur ruang ±28◦C (diusahakan tetap selama penelitian dilakukan).

Tempat Laboratorium Optik dan Laboratorium Spektrokopis Jurusan Fisika FMIPA – ITS, Surabaya

Persiapan Sampel Larutan HCl

V1 . M1 = V2 . M2 Larutan NaOH

M = mol =


PERSIAPAN dan SET UP ALAT Persiapan p Alat ‐ Power Supply

‐ Serat Optik

‐ Avometer

‐ pH Meter

‐ Sumber Cahaya (LED) ‐ Fotodetektor ‐ Kaca Tipis ‐ Kaca Mika


PERSIAPAN dan SET UP ALATcont’2 Set Up Alat 1. Power Suplly

2. LED

7. Laptop 4. Kaca (tempat 4 p sampel) p

3. Fiber Optik

6. Multimeter

5. Fotodetektor


PENGAMBILAN DAN ANALISA DATA ¾ Serat Optik yang digunakan berdiameter core 125 µm sebagai konektor pada percobaan ini merupakan Serat Optik jenis multimode tipe FD FD‐620‐10 620 10.


ANALISA DATA cont’2 Perhitungan Dari

hasil

data

percobaan

pengukuran

tegangan

dengan

menggunakan didapat slope k metode t d sensor pH H khusus, kh did t perhitungan hit l dengan menggunakan persamaan regresi linier :

a = y − bx

Yˆi = a + bX i

( y )(∑ x ) ∑ ∑yx − i

b=

i

i i

n 2 ( xi ) ∑ 2 ∑ xi − n


PEMBAHASAN ¾ Sampel asam HCl yang kita uji, uji dibuat dari campuran larutan HCl dengan aquades, untuk mendapatkan HCl 1 M dan demikian pula untuk mendapatkan sampel basa NaOH 1 M. ¾ Sebelum sampel diuji, sampel diukur nilai pH masing‐masing sampel terlebih dahulu dengan menggunakan pH meter. meter ¾ Sumber cahaya yang dipakai menggunakan LED merah dengan variasi tegangan input yang diberikan pada masing‐masing sampel adalah 1,7 Volt, 1,8 Volt, dan 1,9 Volt. ¾ Dari hasil data yang diperoleh, dengan menggunakan regresi linier dapat dihitung nilai slope (kemiringan) tegangan output fotodioda terhadap tegangan input LED dan tegangan output fotodioda terhadap nilai pH. Aplikasi Optik dan Fiber Optik Sebagai Sensor pH

PEMBAHASAN cont’33 Grafik Tegangan Output terhadap Nilai pH 9 Input 1,7 Volt

Teganggan Output (mV)

8

Input 1,8 Volt

y = ‐0,6364x + 10,688

7 6

Input 1,9 Volt

y = ‐0,5553x + 8,6656

5

Linear (Input 1,7 Volt)

y = ‐0,5037x y 0,5037x + 7,2109 + 7,2109

4

Linear (Input 1,8 Volt)

3 Linear (Input 1,9 Volt) 2 1 0 0

2

4

6

8

10

12

pH Aplikasi Optik dan Fiber Optik Sebagai Sensor pH

PEMBAHASAN cont’44 Grafik Tegangan Output terhadap Tegangan Input 14

Teganga an Output (mV)

12

Tanpa Menggunakan Sampel

10

y = ‐11 y = 11.09x + 30.48 09x + 30 48 8 Menggunakan Sampel HCl

6

y = ‐14.73x + 33.11 4 2

Menggunakan Sampel NaOH

y = ‐10.09x + 20.80

0 1.65

1.7

1.75

1.8

1.85

1.9

1.95

Tegangan input (V)


KESIMPULAN ¾ Nilai pH yang dinyatakan sebagai nilai tegangan output fotodioda berbanding terbalik dengan nilai tegangan input LED, . ¾ Alat Al ini i i lebih l bih peka k pada d asam, terlihat lih bahwa b h slope l untuk k asam (sampel HCl) lebih besar dari pada slope untuk basa (sampel NaOH). NaOH) ¾ Alat ini juga telah bekerja dengan baik, karena perubahan tegangan i input t dapat d t diikuti diik ti secara linear li oleh l h tegangan t outputnya. t t ¾ Nilai slope pada hasil percobaan ini bukan angka mutlak (angka yang sebenarnya). Sehingga hasil tegangan output yang didapat itu tergantung pada tegangan input yang diberikan.


SARAN ¾ Alat dimodifikasi terhadap penempatan sampel, tempat sampel dapat didesain seperti laci. Supaya tidak terjadi ketidaksinkronan pada sampel dan serat optik pemancar tidak bergeser dari tempat semula. ¾LED dan serat optik ditaruh dalam pipa, sehingga cahaya LED dapat masuk ke dalam serat optik secara maksimal. ¾ Untuk percobaan selanjutnya menggunakan konsentrasi sampel yang berbeda ¾ Gunakan variasi p pH sampel p lebih dari 2,, semakin banyak y variasi p pH semakin banyak data yang diperoleh. ¾ Untuk normalisasi alat, alat digunakan sampel yang memiliki nilai pH normal (bukan asam dan basa). Contohnya air. Aplikasi Optik dan Fiber Optik Sebagai Sensor pH