Perancangan Sistem Pengukuran Konsentrasi Larutan Menggunakan Metode Difraksi

Transkripsi

1 Perancangan Sistem Pengukuran Konsentrasi Larutan Menggunakan Metode Difraksi Oleh : Lusiana Weny Setyarini Dosen Pembimbing : Ir. Heru Setijono, M.Sc Agus Muhammad Hatta, ST, M.Si, PhD Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 10 Juli 2012

2 Latar Belakang Chemical analysis (konsentrasi alkohol, kadar glukosa) yang mulai dikembangkan Metode yang banyak dikenal adalah spektroskopi Metode yang mulai dikembangkan adalah dengan difraksi Pengukuran konsentrasi larutan gula menggunakan kisi difraksi

3 Permasalahan Bagaimana merancang sebuah sistem fotonik dengan prinsip difraksi untuk mengetahui konsentrasi suatu larutan. Bagaimana pengaruh sistem tersebut jika diberikan berbagai jenis larutan. Tujuan Tujuan pengerjaan penelitian Tugas Akhir ini adalah agar dapat mengetahui konsentrasi suatu larutan menggunakan prinsip difraksi dan juga dapat mengetahui pengaruhnya terhadap berbagai jenis larutan.

4 Batasan Masalah Larutan yang digunakan adalah larutan gula dengan konsentrasi 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50% Jenis kisi difraksi yang digunakan adalah jenis reflection dengan kerapatan 100 lines/mm Laser yang digunakan adalah Laser He-Ne dengan panjang gelombang 632,8 nm

5 Tinjauan Pustaka 1) Penelitian Boonsong Sutapun dan Massood Tabib-Azar (2000) Menentukan indeks bias larutan (air, metanol, aseton) Kisi difraksi, serat optik 2) Penelitian N. L. Dmitruk, N. L. Dmitruk, O. I. Mayeva, S. V. Mamykin, O. B. Yastrubchak, dan M. Klopfleisch (2001) Menentukan kadar alkohol Multilayerdiffraction grating 3) Penelitian T. Tamulevicˇius, R. Sˇeperys, M. Andrulevicˇius, dan S. Tamulevicˇius (2011) Menentukan indeks bias larutan MetodeGLRS (Grating Light Reflection Spectroscopy) 4) Penelitian Gang Ye, Xiaogong Wang (2010) Menentukan kadar glukosa Kisi difraksi berbahan hidrogel

6 Teori Penunjang DIFRAKSI Pembelokan gelombang saat melewati suatu objek berupa rintangan ataupun celah. Cahaya yang melewati celah, sebagian akan diteruskan, sebagian lagi akan dibelokkan. Pola difraksi berupa pola gelap-terang. θ x CELAH L LAYAR (pola gelap terang)

7 KISI DIFRAKSI Kumpulan dari elemen reflecting (pantulan) atau transmitting (terusan) yang dipisahkan oleh jarak yang sebanding dengan panjang gelombang dari cahaya yang dikenakan. Reflection grating : kisi yang dikenai pada permukaan yang memantulkan cahaya. Transmission grating : terdiri dari kisi yang dikenai pada permukaan yang transparan (meneruskan cahaya). Reflection Transmission

8 SKEMA DIFRAKSI PANTULAN PERSAMAAN DIFRAKSI

9 PENETUAN ORDE

10 KADAR ZAT DALAM LARUTAN Persen Massa (% massa) Persen massa menyatakan bagian massa zat terlarut dalam 100 bagian massa campuran (pelarut + zat terlarut) PersenVolume (% volume) Persen volume menyatakan bagian volume zat terlarut dalam 100 bagianvolume campuran (pelarut + zat terlarut)

11 Metodologi Penelitian Mulai Identifikasi permasalahan Identifikasi komponenkomponen yang diperlukan Perancangan sistem pengukuran konsentrasi larutan dengan kisi difraksi Pengujian sistem dengan variasi konsentrasi larutan yang berbeda TIDAK Tujuan tercapai? YA Analisa data dan pembahasan Pengambilan data sudut difraksi untuk berbagai larutan Penyusunan laporan dan presentasi Menentukan persamaan matematis Selesai

12 Set Alat up & Bahan sistem layar cermin datar laser He-Ne kisi difraksi

13 Skema sistem Keterangan : He-Ne = Laser He-Ne H = Hole G = Grating MD = Micro displacement L = Layar S = Sample Att = Attenuator = Sudut datang = Sudut difraksi pada orde m = -3 = Sudut difraksi pada orde m = -2 = Sudut difraksi pada orde m = -1 He-Ne H L D C B A D C B A G ( y, θ, ϕ) MD Att θ A θ B θ C θ D θi S E P G F

14 Hasil Pengukuran Sudut Difraksi SUDUT DATANG SUDUT DIFRAKSI

15 Orde m = -1 Grafik sudut difraksi fungsi konsentrasi pada orde -1 Orde m = -2 Grafik sudut difraksi fungsi konsentrasi pada orde -2 Sudut Difraksi, Ø ( ) y = x R² = m = -1 Linear (m = -1) Sudut Difraksi, Ø ( ) y = x R² = m = -2 Linear (m = -2) Konsentrasi, C (%) Konsentrasi, C (%) Orde m = -3 Grafik sudut difraksi fungsi konsentrasi pada orde -3 Sudut Difraksi, Ø ( ) y = x R² = m = -3 Linear (m = -3) Konsentrasi, C (%)

16 Persamaan Matematis Ø = sudut difraksi C = konsentrasi larutan Orde m = -1 Orde m = -2 Orde m = -3

17 Validitas Sistem Dilakukan pengambilan sudut difraksi pada larutan A (konsentrasi 14%) dan larutan B (konsentrasi 18%) Sudut difraksi yang diperoleh dimasukkan ke persamaan matematis sesuai orde difraksi Diperoleh nilai akurasi pada orde difraksi m = -2 dengan error sebesar 3,3% untuk larutan A dan 6,6% untuk larutan B

18 Kesimpulan Metode difraksi dapat dilakukan untuk mengukur konsentrasi larutan dengan memanfaatkan hubungan antara indeks bias dan sudut difraksi. Indeks bias sendiri berbanding lurusdengan konsentrasi larutan. Karakteristik dari sistem adalah linier dengan linieritas 0,86 untuk orde m = -1; 0,848 untuk orde m = -2, dan 0,838 untuk orde m = -3 Pengukuran konsentrasi larutan dengan akurasi paling tinggi terletak pada orde m = -2 karena memiliki error yang paling kecil setelah dilakukan pengujian kembali, yaitu 3,3% Range pengukuran konsentrasi adalah pada konsentrasi 10% sampai dengan 50% Resolusi dari sistem adalah 0,102% pada perubahan 1 sudut difraksi untuk orde m = -1; 0,139% pada perubahan 1 sudut difraksi untuk orde m = -2; dan 0,209% pada perubahan 1 sudut difraksi untuk orde m = -3.

19 Saran Setting alat sebaiknya dikondisikan tetap saat pengambilan data validasi untuk meminimalisir besarnya error.

20 Daftar Pustaka 1. Amri, F. K Pengukuran Kadar Gula dengan Indeks Bias Menggunakan Refraktometer. <URL: bocor.wordpress.com /2011/04/03/laporan-pengukuruan-kadar-gula-denganindeks-bias-menggunakan refraktomet er/> 2. Bass, M Handbook of Optics Volume I Fundamental, Techniques, and Design. New York : McGraw-Hill Inc 3. Keiser, G Optical Fiber Communication (Second Edition). Singapore : McGraw-Hill Inc 4. Palmer, C Diffraction Grating Handbook Sixth Edition. New York : Newport Corporation 5. Pikatan, S. Januari Laser. Kristal 4: Ratnawati, C. D., Reflektansi dan Transmitansi Cahaya pada Larutan Gula dan Larutan Garam. Semarang : Jurusan Fisika Universitas Diponegoro 7. Sainov, S., Optical Sensor Based on Total Internal Reflection Diffraction Grating. Sensor and Actuators A 45: Sainov, S., dan Tontchev, D., Using a Total Internal Reflection Diffraction Grating for Investigating Absorbing Liquids. Optics and Laser in Engineering 10: Singh, S Refractive Index Measurement and It Applications. Physica Scripta 10. Steen, W., dan Mazumdeer, J Laser Material Processing 4th Edition. London : Springer 11. Subedi, D. P., Adhikari, D. R., Joshi, U. M., Poudel, H. N., dan Niraula, B Study of Temperature and Concentration Dependence of Refractive Index of Liquids using a Novel Technique. Kathmandu University Journal of Science, Engineering and Technology 12. Sutapun, B., dan Tabib-Azar, M., Feb Grating-coupled Multimode Fiber Optics for Filtering and Chemical-sensing Applications. Sensor and Actuators B, 69: Tamulevicˇius, T., Sˇeperys, R., Andrulevicˇius, M., Tamulevicˇius, S., Total Internal Reflection Based Sub-wavelength Grating Sensor for the Determination of Refractive Index of Liquids. Photonics and Nanostructures 9: Tim Penyusun Diktat Kuliah Fisika Optik. Bandung : Fakultas Teknik Elektro Universitas Langlangbuana 15. Ye, G., and Wang, X., Glucose Sensing Through Diffraction Grating of Hydrogel Bearing Phenylboronic Acid Groups. Biosensor and Bioelectronics 26:

21