Disusun oleh :NAFI’UL MATIIN

2408 100 071Pembimbing 1 Agus Muhamad Hatta, ST, M.Si, PhD.Pembimbing 2 Dr. Ir. Sekartedjo, MSc

LATAR BELAKANG

Pentingnya pengukuran pH di berbagai bidangseperti : biomedis, industri, lingkungan, kimia. (B.D.Gupta, 1998)

Kelebihan dari sensor pH menggunakan serat optik plastikdibandingkan dengan sensor konvensional: bentuknya yangkecil, kemampuan dalam pengukuran jarak jauh (remotesensing), tidak perlu ada elektroda, dan tidak terpengaruhterhadap gangguan gelombang elektromagnetik . (akhirudinMaddu, 2006)

Penelitian mengenaisensor pH menggunakanserat optik plastik terus

berkembang

KertasLakmus

(+) Mudahdigunakan

(-) Kurang sensitif

(-) Kurang akurat (pengukurandilakukan dengan menentukankemiripan warna yang palingdekat antara kertas lakmusdan bagan warna)

pH meter elektrik

(+) Sensitivitastinggi (0.01 pH)

(-) Perubahanyang lambat

(-) Seringberosilasi

Serat Optik????

No Nama Peneliti Indikator pH yang digunakan

Dimensi SersorRange

PengukuranBentukProbe

PanjangSOP

Panjanglapisansol-gel

1. B.D. Gupta dkk (1998)

cresol red, bromophenol blue, chlorophenol red

lurus 30 cm 5 cm 4.5 - 13.0 pH

2.Othman Belhadj Mileddkk (2003)

Bromothymol blue lurus 30 cm 3 cm 2.0 – 5.0 pH

3. Souzhu Wu, dkk (2009)

bromocresol greendan cresol red lurus 34 cm 20 cm 2.0 - 8.0 dan

9.0 - 13.0

4. AkhiruddinMaddu dkk(2006)

Methylene blue Bending U 30 3 4.0 - 9.0 pH

5.Lucky Wibisono(2009)

bromophenol blue dan cresol red lurus 30 cm 5 cm 5.0 – 7.0 pH

Penelitian Mengenai Sensor pH Menggunakan Seratoptik Plastik (SOP)

PERMASALAHAN

Bagaimanakah pengaruh pemberian bending pada sensor pH berbasis serat optik plastik

dengan cladding silica sol – gel.

TUJUAN

Mendapatkan karakteristik sensor pH berbasis serat optik plastik dengan

cladding lapisan silica sol – gel akibatvariasi bending/lekukan

BATASAN PENELITIAN

• Range pH yang diukur adalah antara 4 – 7 pH• Menggunakan serat optik plastik dengan

diameter core/cladding 980/1000 μm• Menggunakan bahan cladding sol-gel yang

sensitif terhadap pH yaitu campuran antaraTEOS dengan bromophenol blue dan cresolred.

• bentuk bending adalah setengah lingkarandengan diameter 16.91 mm, 22.25 mm dan31.2 mm.

LANGKAH KEGIATAN

Studi literatur

Perancangan sistem pengukuran ph dengan serat optik plastik

Pembuatan sistem pengukuran ph

Pengujian sistem pengukuran Ph

Pemberian variasi bending dan panjang lapisan sol gel

Sistem dapatmengukur nilai Ph

dengan tepat

Pengambilan data

Analisa Data danPembahasan

Penarikan Kesimpulan

selesai

ya

tidak

Mulai

TINJAUAN PUSTAKA

Serat Optik Plastik

Gambar 1 Skema Struktur dari SeratOptik (Gerd Keiser, 1991).

Core : berfungsi sebagai tempatmerambatnya sinar/cahaya.

Cladding : berfungsi untukmemantulkan sinar kembali ke dalaminti (core) untuk memperkecil rugi-rugipermukaan.

Coating : adalah plastik pelapis yangmelindungi serat optik dari kerusakan

Gambar 2 Skema Proses Pemanduan CahayaOptik (Gerd Keiser, 1991)

Dengan :n : bias medium di luar serat

optik, n1 : indeks bias coren2 : indeks bias claddingθc : sudut kritisθ0,max : sudut penerimaan

maksimum

Pemanduan Cahaya pada Serat Optik

Macrobend LossMerupakan rugi daya akibat adanya tekukanmakro (radius beberapa sentimeter), yangmenyebabkan sinar datang kurang darisudut kritis sehingga sinar tidak dipantulkansempurna tapi dibiaskan

Gambra 3. Loss akibat macrobend

Dengan :γbend = Macrobend lossα = profile parameter

a = radius coreR = radius bending∆ = indeks elevasi

Attenuasi Gelombang Optik padaCladding

Medan evanescent (Ez)

Penetration Depth (Dp)

Dengan :z = jarak penjalaran gelombangEo = medan gelombang mula-mulan = rasio indeks bias cladding terhadap core

Gambra 4. Attenuasi Gelombang Optik padaCladding

Derajat Keasaman (pH)

• Arrhenius : larutan asam menghasilkan ion hidrogen [H+] sedangkan basaakan menghasilkan ion hidroksida [OH-]

• Bronsted-Lowry : larutan asam adalah spesies pendonor proton sedangkanbasa penerima proton

• Lewis : larutan asam adalah spesi yang mengandung atom yang dapatmenerima pasangan elektron dan basa adalah spesi yang mengandungatom yang dapat memberikan pasangan elektron

RANCANGAN SISTEM

Serat optik plastik (diameter core/cladding = 980/1000 µm) degan panjang 30 cm Sol – gel dari TEOS dengan indikator pH bromophenol blue dan cresol red Variasi panjang lapisan sol – gel : L1 = 3 cm; L2 = 4 cm; L3 = 5 cm Variasi diameter bending (bentuk U) 16.91 mm, 20.25 mm, 30.2 mm

Rangkaian Alat Pengukuran

1. Ujung – ujung sensor serat optikdihubungkandengan LED infra merah (source) dan

power meter.

2. bagian yang terlapisi sol gel dicelupkan pada air murni (aquades)

3. Larutan diberi 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. Sensor serat optik diberi bending dengan diameter yang berbeda

6. Tiap – tiap nilai daya keluaran dari sensor dicatatuntuk dianalisa

Langkah – Langkah Pengambilan Data

HASIL dan pembahasan

Grafik Daya keluaran SenSor DenGan Diameter BenDinG (D1) 16.91 mm paDa SenSor 1,2,3 (l1,2,3)

• Sensitivitas :D1L1 : 24.98D1L2 : 25.85D1L3 : 21.34

• Resolusi :D1L1 : 0.040D1L2 : 0.038D1L3 : 0.046

• Daya keluaran sensorD1L3 cenderung lebihkecil dibandingkandengan sensor D1L1

D1L2

HASIL dan pembahasan

Grafik Daya keluaran SenSor DenGan Diameter BenDinG (D2) 22.25 mm paDa SenSor 1,2,3 (l1,2,3)

• Sensitivitas :D2L1 : 7.504D2L2 : 13.66D2L3 : 13.68

• Resolusi :D2L1 : 1.33D2L2 : 0.732D2L3 : 0.730

• Sensitivitas dari masing –masing sensor menurun

• Resolusi semakin rendah.

HASIL dan pembahasan

Grafik Daya keluaran SenSor DenGan Diameter BenDinG (D3) 30.2 mm paDa SenSor 1,2,3 (l1,2,3)

• Sensitivitas :D3L1 : 8.956D3L2 : 10.39D3L3 : 10.89

• Resolusi :D3L1 : 0.11D3L2 : 0.096D3L3 : 0.091

• Sensitivitas sensor D3L2 danD3L3 menurun

• Resolusi semakin rendah.

Sensor

Sensitivitas(x 10-3µW tiap

perubahanpH)

Resolusi(pada

perubahan10-3 µW)

KoefisienDeterminasi

(R2)

D1L1 24.98 0.040 82%

D1L2 25.85 0.038 97,2%.

D1L3 21.34 0.046 97,2%.

D2L1 7.5 1.33 91,7%

D2L2 13.66 0.732 93,7%

D2L3 13.68 0.730 98,7%

D3L1 8.96 0.11 96%

D3L2 10.89 0.096 96%

D3L3 10.89 0.091 99%

Karakteristik Statis dariSensor pH

Keterangan :DmLn = Sensor dengan panjang

diameter bending ke-mdan panjang lapisan sol– gel ke-n

Respon terbaik dari kesembilansensor adalah sensor D1L2. Nilaisensitivitas yang dihasilkan yaitusebesar 25.85 x 10-3 µW/pH, denganresolusi 0.038 pH pada perubahan10-3 µW, dan nilai koefisiendeterminasi 97,2%.

KESIMPULAN

Dari penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa :

• Telah berhasil dilakukan perancangan dan pembuatan sistim pengukuranpH melalui variasi bending/tekukan pada sensor serat optik plastik dengancladding lapisan silica sol-gel.

• Dari 9 variasi panjang lapisan sol-gel dan diameter bending, sensor D1L2(panjang lapisan sol – gel 4 cm dan diameter bending 16.91 mm), adalahsensor dengan respon terbaik yaitu memiliki sensitivitas sebesar 25.85 x10-3µW/pH, dengan resolusi 0.038 pH pada perubahan 10-3 µW, dankoefisien determinasi sebesar 97,2%.

• Jika dibandingkan dengan konfigurasi sensor pH serat optik plastik dengancladding silica sol-gel tanpa lekukan /lurus (Wibisono, 2009), makadiperoleh peningkatan sensitivitas sebesar 4,93 kali sedangkanresolusinya meningkat sebesar 5,03 kali.

Daftar PustakaBentley,John P . (1995). Principles of Measurement Systems 3rd edition. USA : Prentice Hall.

Keiser, Gerd. (1991). Optical Fiber Comunication. Singapora : Mc Graw Hill

Kholilah, Rahardiyanti Ayu. (2008). Study Awal Fiber Optik sebagai Sensor pH. Surabaya : ITS.

Mendez, E. A. (2005). Design and characterization of pH sensor based on sol-gel silica layer onplastic optical fiber. Sensor and actuator , 518 - 522.

Pramono, Yono Hadi., Rohedi, Ali Yunus.(2008). Aplikasi Directional Coupler Serat Optik Plastiksebagai Sensor Pergeseran. Jurnal Fisika dan Aplikasinya. Volume 4, Nomor 2.

Rambe,Ahmad Mulia.2003. Penggunaan Serat Optik Sebagai Media Transmisi untuk Alat UkurTemperatur Jarak Jauh. Sumatra Utara

Smith, W. J. (2008). Modern Optical Engineering. California: Mc Graw Hill.

Wibisono, Lucky. (2009). Perancangan Sistem Kuisisi Data Sensor pH Berbasis Lapisan SilicaSol-Gel. Surabaya : ITS.

Wu, S. W. (2010). Fiber Optic pH sensor based on mode-filtered . Sensor and Actuators , 255-259

SEKIAN…….

Terima Kasih….