KARAKTERISASI GAS OZON DI DALAM PENJERAP KALIUM IODIDA DENGAN MENGGUNAKAN METODE SPEKTROSKOPI DEDE YULIAS NURUL MIFTAH

Transkripsi

1 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

2 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 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 m 2 /μg. Kata kunci : kalium iodida, koefisien absorpsi, gas ozon, sensor kristal fotonik

3 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

4 Judul : Karakterisasi Gas Ozon Di dalam Penjerap Kalium Iodida dengan Menggunakan Metode Spektroskopi Nama : Dede Yulias Nurul Miftah NRP : G 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 :

5 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

6 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.

7 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 ( ) dan Katalis Corp ( ). Selain itu penulis juga pernah aktif di Himpunan Mahasiswa Tasikmalaya (HIMALAYA), Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) menjabat sebagai wakil ketua pada tahun 2009.

8 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR LAMPIRAN... x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Perumusan Masalah Hipotesis Batasan Masalah... 1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Definisi Gas Ozon Dampak polusi ozon Metode Spektroskopi dan Hukum Beer-Lambert Kristal Fotonik... 4 BAB III METODOLOGI Waktu dan Tempat Penelitian Alat dan Bahan Metode Pengukuran dan Pengujian Menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon yang terjerap di dalam larutan KI Proses penjerapan gas ozon dan menentukan kurva real-time dengan metode spektroskopi Pembilasan tabung Proses pengisian gas ozon Penjerapan gas ozon dengan larutan KI dan pengambilan data real-time Pengenceran dan pembuatan kurva kalibrasi Menentukan nilai α (koefisien absorpsi) untuk desain pembuatan sensor kristal fotonik BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Karakterisasi Absorpsi Gas Ozon dalam Larutan Penjerap KI Data Real-time dan Konsentrasi Gas Ozon yang Terjerap Kurva Kalibrasi dan Nilai Koefisien Absorpsi Desain Sensor Kristal Fotonik Satu Dimensi BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN vii

9 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Nilai indeks standar pencemar udara... 2 Tabel 2. Batas indeks standar pencemar udara untuk gas ozon... 2 Tabel 3. Panjang gelombang absorbsi gas ozon dalam larutan penjerap KI... 7 viii

10 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1. Pengaturan alat spektrofotometer... 3 Gambar 2. Prinsip penyerapan cahaya... 3 Gambar 3. Bentuk kristal fotonik berdasarkan arah penjalaran gelombang... 4 Gambar 4. Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal fotonik satu dimensi tanpa defect... 4 Gambar 5. Model kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect... 4 Gambar 6. Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal fotonik satu dimensi dengan defect... 5 Gambar 7. Ilustrasi perangkat sensor kristal fotonik mendeteksi larutan... 5 Gambar 8. Perubahan transmitansi terhadap panjang gelombang gas ozon di dalam larutan penjerap... 6 Gambar 9. Karakteristik LED UV emitter... 7 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... 7 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... 9 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 ix

11 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Data lapangan proses penjerapan dan perhitungan konsentrasi gas ozon Lampiran 2. Perhitungan menentukan nilai konsentrasi pada setiap titik pengenceran Lampiran 3. Perhitungan normalisasi menentukan nilai intensitas dari transmitansi pada proses pengenceran Lampiran 4. Konversi satuan nilai intensitas dari counts menjadi watt/m Lampiran 5. Perhitungan untuk menentukan nilai indeks standar pencemar udara (ISPU) dari konsentrasi gas ozon yang terjerap Lampiran 6. Cara uji kadar oksidan dengan metode neutral buffer kalium iodida (NBKI) menggunakan spektrofotometer Lampiran 7. Skema penjerapan gas ozon untuk menentukan panjang gelombang absorpsi Lampiran 8. Skema pengujian dengan metode spektroskopi Lampiran 9. Simulasi perubahan transmitansi terhadap perubahan indeks bias larutan penjerap KI pada sensor kristal fotonik pendeteksi gas ozon Lampiran 10. Gambar gambar alat yang digunakan... 29

12 1 BAB I PENDAHULUAN 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 Tujuan Penelitian a. Menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon di dalam larutan penjerap. b. Menentukan kurva real-time penjerapan gas ozon dan menghitung konsentrasi gas ozon yang bereaksi dengan larutan penjerap. c. Membuat kurva kalibrasi antara transmitansi dengan konsentrasi gas ozon yang terjerap. d. Menentukan nilai α (koefisien absorpsi) untuk desain pembuatan sensor kristal fotonik 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 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 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.

13 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 Sedang Tidak Sehat Sangat Tidak Sehat Tingkat kualitas udara yang tidak berpengaruh pada kesehatan manusia ataupun hewan tetapi berpengaruh pada tumbuhan yang sensitif, dan nilai estetika Tingkat kualitas udara yang bersifat merugikan pada manusia ataupun kelompok hewan yang sensitif atau bisa menimbulkan kerusakan pada tumbuhan ataupun nilai estetika 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 Tabel 2 Batas indeks standar pencemar udara untuk gas ozon. 2 Indeks standar pencemar udara 1 jam O 3 µg/m Udara lingkungan merupakan udara bebas di permukaan bumi pada lapisan troposfer yang dibutuhkan dan mempengaruhi kesehatan manusia, mahluk hidup dan unsur lingkungan hidup lainnya Gas Ozon 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 O 3. 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 kilometer. Sekitar 90% ozon berada di lapisan stratosfer, yaitu wilayah atmosfer yang 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 (O 2 ) dan nitrogen (N 2 ). 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 Dampak polusi ozon 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 ppm (part per million) selama 3 menit sampai dengan 2 jam memberikan reaksi seperti tercekik, batuk, kelesuan dan

14 3 konsentrasi 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 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 ( nm) dan sinar tampak ( 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 Beer- Lambert :..(2) Keterangan : Po Daya cahaya yang datang (watt) P Daya cahaya setelah menembus medium / bahan (watt)

15 4 α koefisien absorpsi (m 2 /μg) x ketebalan medium / bahan (m) c konsentrasi larutan (μg/m 3 ) 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) 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 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 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).

16 5 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 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 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) Menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon yang terjerap di dalam larutan KI 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 Proses penjerapan gas ozon dan menentukan kurva real-time dengan metode spektroskopi 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) 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 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.

17 Pengenceran dan pembuatan kurva kalibrasi 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 Menentukan nilai α (koefisien absorpsi) untuk desain pembuatan sensor kristal fotonik 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 pembuatan sensor kristal fotonik pendeteksi gas ozon. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 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 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 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 nm dan puncak intensitas berada pada panjang gelombang nm. Transmitansi (%) Panjang gelombang (nm) T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 Gambar 8 Perubahan transmitansi terhadap panjang gelombang gas ozon di dalam larutan penjerap.

18 7 Tabel 3 Panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap KI. Transmitansi Ke Panjang Gelombang (nm) T T T T T T T T T Rata-rata Intensitas (watt/m 2 ) 2.00E E E E E Panjang gelombang (nm) Gambar 9 Karakteristik LED UV emitter. Sedangkan panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap KI pada nm. Panjang gelombang ini masih berada pada selang panjang gelombang emisi LED, sehingga LED ini bisa digunakan pada penelitian 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. 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). Intensitas (watt/m 2 ) Intensitas (watt/m 2 ) 4.00E E E E E E E E E+00 Gambar Waktu (menit) (a) Waktu (menit) (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

19 8 Konsentrasi (μg/m 3 ) Waktu (menit) (a) Konsentrasi (ppb) Waktu (menit) (a) Konsentrasi (μg/m 3 ) Waktu (menit) (b) Gambar 11 Hubungan konsentrasi gas ozon yang terjerap terhadap waktu secara real-time. (a) pada tekanan -40 kpa. (b) pada tekanan -70 kpa. 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/m 3, 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 Konsentrasi (ppb) 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. ISPU ISPU Waktu (menit) (a) 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 (Gambar 14a) sedangkan nilai ISPU pada selang 0 50 dinyatakan bahwa kualitas udara masih dikategorikan baik (Tabel 1).

20 9 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 Konsentrasi (μg/m 3 ) Konsentrasi (μg/m 3 ) Waktu (menit) (a) 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 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 m 2 /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 μg/m 3 dan dengan menggunakan metode spektroskopi diperoleh nilai rata-rata sensitivitas sekitar %/(μg/m 3 ), satuan dinyatakan dalam persen per konsentrasi.

21 10 Transmitansi (%) y = e x R² = konsentrasi (μg/m 3 ) y = e x R² = (a) Hasil Perhitungan Validasi PPLH 120 Transmitansi (%) y = e x R² = y = 94.69e x R² = Hasil Perhitungan Validasi PPLH konsentrasi (μg/m 3 ) (b) Gambar 15 Kalibrasi hubungan transmitansi dan konsentrasi. (a) pada tekanan -40 kpa. (b) pada tekanan -70 kpa. Log (T) Log (T) y = x R² = Konsentrasi (μg/m 3 ) (a) y = x R² = Konsentrasi (μg/m 3 ) (b) Gambar 16 Linearitas untuk mendeteksi gas ozon dengan konsep Beer- Lambert. (a) pada tekanan -40 kpa. (b) pada tekanan -70 kpa Desain Sensor Kristal Fotonik Satu Dimensi 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 MgF 2 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).

22 11 Transmitansi (%) Panjang gelombang (nm) Transmitansi (%) Panjang gelombang operasi PPB kristal fotonik 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 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 m 2 /μg dan nilai ini menjadi dasar desain pembuatan sensor kristal fotonik untuk mendeteksi gas ozon dengan panjang gelombang absorpsinya 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 web. 20 Oktober < awarga.gunadarma.ac.id/2010/04/dampak -polusi-udara-2/> 2. [BAPEDAL] Badan Pengendalian Dampak Lingkungan Pedoman Teknis Perhitungan dan Pelaporan Serta Informasi Indeks Standar Pencemar Udara ISPU). 3. [SNI] Standar Nasional Indonesia Udara ambien Bagian 8: cara uji kadar oksidan dengan metoda neutral buffer kalium iodida (NBKI) menggunakan spektrofotometer. SNI Jakarta : Badan Standarisasi Nasional.

23 12 4. [Anonim]. Lapisan ozon. Asdep Urusan Pengendalian Dampak Perubahan Iklim Kementerian Negara Lingkungan Hidup Republik Indonesia Web. 20 Oktober < a.org/index.php?table=ozon&view=true& no=2> 5. West B, Sandman PM, Greenberg MR Paduan Pemberitaan Lingkungan Hidup. Yayasan Obor Indonesia. 6. Soetrisno. Peringatan polusi global ozon. 24 Oktober Web. 20 Oktober 2010.< eringatan-polusi-ozon-global/> 7. Winarno FG, Fardiaz D, Fardiaz S Spektroskopi. Bogor : Departemen Teknologi Hasil Pertanian, IPB. 8. Maddu A Pedoman praktikum eksperimen fisika II. Bogor : Laboraturium Fisika Lanjut, Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor. 9. Tim penyusun Spektroskopi. Yogyakarta : Fakultas Farmasi, Universitas Shanata Dharma. 10. Sirait RA Penerapan metode spektrofotometri ultraviolet pada penetapan kadar nifedipin dalam sediaan tablet [Skripsi]. Medan: Universitas Sumatra Utara. 11. Carlos RC. Beer lambert Web. 12 November 2011.< wiki/file:beer_lambert.png> 12. Joni IM Diktat Mata Kuliah Pengantar Biospektroskopi. Bandung: Universitas Padjajaran. 13. Kurniawan C 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 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 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 Web. 20 Oktober < ptip/> 17. Rahmat M Development of air quality index measurement system based on 1D photonic crystal [Disertasi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB. 18. Rahmat M 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 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 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 Web. 20 Oktober < ptip/> 22. Rahmat M Development of air quality index measurement system based on 1D photonic crystal [Disertasi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor, IPB. 23. Rahmat M 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.

24 LAMPIRAN 13

25 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 ( o C) Kelembaban (%) Tekanan (kpa)* Intensitas (counts) Intensitas (watt /m 2 )** Konsentrasi (μg/m 3 )*** Perubahan konsentrasi (μg/m 3 )**** ppb ISPU Status E E E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik 14

26 Lanjutan Lampiran 1 Waktu (menit) Suhu ( o C) Kelembaban (%) Tekanan (kpa)* Intensitas (counts) Intensitas (watt /m 2 )** Konsentrasi (μg/m 3 )*** Perubahan konsentrasi (μg/m 3 )**** 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 x, dari kurva kalibrasi hasil dari normalisasi ****) Nilai konsentrasi merupakan selisih konsentrasi dengan waktu sebelumnya ppb ISPU Status E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik 15

27 Lanjutan Lampiran 1 Data proses pengencearan sampel gas ozon, 19 Oktober V + dv T(%) Konsentrasi perhitungan (μg/m 3 ) Konsentrasi PPLH (μg/m 3 ) Intensitas (counts)* Lanjutan Lampiran 1 Keterangan : *) Nilai intensitas dari hasil normalisasi pada Lampiran 3. Dari data pengenceran dapat dibuat hubungan konsentrasi dan intensitas cahaya. Persamaan kurva dapat digunakan untuk menentukan nilai konsentrasi dari data real-time. Intensitas (Counts) y = 4352e x R² = Konsentrasi (μg/m 3 ) 16

28 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 Waktu (menit) Suhu ( o C) Kelembaban (%) Tekanan (kpa)* Intensitas (counts) Intensitas (watt /m 2 )** Konsentrasi (μg/m 3 )*** Perubahan konsentrasi (μg/m 3 )**** ppb ISPU Status E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik 17

29 Lanjutan Lampiran 1 Waktu (menit) Suhu ( o C) Kelembaban (%) Tekanan (kpa)* Intensitas (counts) Intensitas (watt /m 2 )** Konsentrasi (μg/m 3 )*** Perubahan konsentrasi (μg/m 3 )**** 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 x, dari kurva kalibrasi hasil dari normalisasi ****) Nilai konsentrasi merupakan selisih konsentrasi dengan waktu sebelumnya ppb ISPU Status E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik E Baik 18

30 Lanjutan Lampiran 1 Data proses pengencearan sampel gas ozon, 27 Oktober V + dv T(%) Konsentrasi perhitungan (μg/m 3 ) Konsentrasi PPLH (μg/m 3 ) Intensitas (counts)* V + dv T(%) Konsentrasi perhitungan (μg/m 3 ) Konsentrasi PPLH (μg/m 3 ) Intensitas (counts)* V + dv T(%) Konsentrasi perhitungan (μg/m 3 ) Konsentrasi PPLH (μg/m 3 ) Intensitas (counts)* Keterangan : *) Lanjutan Nilai intensitas Lampiran dari hasil 1 normalisasi pada Lampiran 3. 19

31 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 Intensitas (counts) y = e x R² = Konsentrasi (μg/m 3 ) 20

32 21 Lampiran 2. Perhitungan menentukan nilai konsentrasi pada setiap titik pengenceran. ( ) Keterangan : V 0 = volum awal sampel (ml) dv = penambahan volum setelah sampel ditambahkan dengan larutan kalium iodida (ml) C = konsentrasi sampel yang dihitung ( g/m 3 ) C 0 = konsentrasi awal sampel ( g/m 3 ) Lampiran 3. Perhitungan normalisasi menentukan nilai intensitas dari transmitansi pada proses pengenceran. ( ) ( ) Keterangan : I max = intensitas maximum pada proses penjerapan secara real-time (counts) I min = intensitas minimum pada proses penjerapan secara real-time (counts) I = intensitas pada waktu tertentu untuk proses pengenceran sampel (counts) T max = transmitansi maximum pada proses pengenceran sampel (%) T min = 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/m 2. ( ) ( ) sedangkan Keterangan : E = energi cahaya (joule) h = konstanta planck (6.63x10-34 J.s) c = kecepatan cahaya (3x10 8 m/s) λop = panjang gelombang operasi gas ozon (nm) A = luas penampang sumber cahaya (m 2 )

33 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/m 3 ) Xb = konsentrasi udara lingkungan batas bawah (µg/m 3 ) Xx = konsentrasi udara lingkungan hasil pengukuran (µg/ m 3 )

34 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 (Na 2 HPO 4.12H 2 0) dan 13,6 g kalium dihidrogen fosfat (KH 2 PO 4 ) 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 (H 3 PO 4 ) 1% (b/v). Catatan : 35,82 g Na 2 HPO 4.12H 2 0 dapat diganti dengan 14,2 g dinatrium hidrogen fosfat (Na 2 HPO 4 ) Larutan induk iodida (I 2 ) 0,05 N a) 16 g KI dan 3,173 g kristal I 2 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 Pembuatan larutan standar iodida (I 2 ) 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.

35 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: O 3 = jumlah oksidan (μg) N 2 = normalitas iodida 0.05 N hasil standarisasi 16 = jumlah ekivalen O 3 (0.8 μg/ml) dibagi dengan normalitas iodida 0.05 N Volum contoh uji udara yang diambil Volum contoh uji udara yang diambil, dikoreksi pada kondisi normal (25 o C, 760 mmhg) dengan menggunakan rumus sebagai berikut: Keterangan: V = volum udara yang dihisap dikoreksi pada kondisi normal 25 o C, 760 mmhg (liter) F 1 = laju alir volum awal (liter/menit) F 2 = 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 ( o K) 298 = konversi suhu pada kondisi normal (25 o C) ke dalam kelvin 760 = tekanan udara standar (mmhg).

36 25 Lanjutan Lampiran Konsentrasi oksidan di udara lingkungan Konsentrasi oksidan dalam contoh uji dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : Keterangan: C = konsentrasi oksidan di udara (μg/nm 3 ) a = jumlah oksidan dalam contoh uji yang diperoleh dari kurva kalibrasi (μg) V = volum udara yang dihisap dikoreksi pada kondisi normal 25 o C, 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 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).

37 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)

38 27 Lampiran 8. Skema pngujian dengan metode spektroskopi

39 Lampiran 9. Simulasi perubahan transmitansi terhadap perubahan indeks bias larutan penjerap KI pada sensor kristal fotonik pendeteksi gas ozon. 28

40 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

41 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