aplikasi detektor fotoak ustik berbas is · pdf filelingkungan penyimpanan yang mengandung 20%...

APLIKASI DETEKTOR FOTOAKUSTIK BERBASIS LASER CO2 DALAM PENGUKURAN KONSENTRASI GAS ETILEN SECARA

REAL – TIME

Skripsi

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Jurusan Fisika

Disusun Oleh:

Laurensia Trimeta Platini

NIM : 053214002

PROGRAM STUDI FISIKA

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA 2010

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

THE APLICATION OF CO2 LASER – BASED PHOTOACOUSTIC

DETECTOR IN THE REAL – TIME MEASUREMENT OF ETHYLENE

GAS CONCENTRATION

A THESIS

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements

To Obtain The Sarjana Science

In Physics Department

by :

Laurensia Trimeta Platini

NIM : 053214002

PHYSICS STUDY PROGRAM

PHYSICS DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2010


v

“ Trimalah didikanku, lebih dari pada perak dan pengetahuan lebih dari pada emas pilihan

“ (Amsal 8:10)

“ Sukses tidak diukur dari posisi yang dicapai seseorang dalam hidup, tapi dari kesulitan – kesulitan yang berhasil diatasi ketika berusaha meraih sukses”

(Booker T Washington)

“ Segala sesuatu yang awalnya sulit akan

terasa mudah bila kita selalu berfikir positif,

berusaha dan selalu tersenyum dalam

menghadapinya”


vi

Kupersembahkan karya ini kepada :

Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai

setiap langkah hidupku dan selalu

mendengarkan permohonanku.

Bunda Maria penolongku.

Kedua orang tua, dan saudaraku tercinta

Universitas Sanata Dharma almamaterku.


ix

INTISARI

APLIKASI DETEKTOR FOTOAKUSTIK BERBASIS LASER CO2 DALAM PENGUKURAN KONSENTRASI GAS ETILEN

SECARA REAL – TIME Detektor fotoakustik merupakan alat untuk mengukur konsentrasi gas dari

berbagai sampel. Detektor tersebut bekerja bila terjadi penyerapan energi laser

oleh gas di dalam sel fotoakustik yang dapat menimbulkan bunyi. Detektor

tersebut mampu mengukur konsentrasi gas dengan waktu tanggap cepat, sensitif,

selektif, dan tidak mengganggu sampel.

Dalam penelitian ini, telah dilakukan aplikasi detektor fotoakustik berbasis

laser CO2 dalam pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel secara real – time.

Aplikasi detektor dalam pengukuran secara real – time, mengakibatkan proses

perubahan produksi gas etilen dari sampel dapat diketahui setiap waktu. Pada

penelitian ini, buah apel fuji diusahakan agar tidak memproduksi gas etilen lagi.

Usaha tersebut dilakukan dengan cara mengurangi kandungan Oksigen dari 20%

menjadi 10% dalam total campuran gas pada lingkungan penyimpanan, bahkan

menghilangkan gas Oksigen pada lingkungan penyimpanan. Dengan diketahuinya

proses perubahan produksi gas etilen setiap waktu pada masing – masing

lingkungan penyimpanan, dapat diketahui bahwa Gas Oksigen berpengaruh pada

produksi gas etilen. Pada penelitian ini, gas etilen paling banyak dihasilkan pada

lingkungan penyimpanan yang mengandung 20% Oksigen. Sedangkan, setelah

dilakukan pengukuran konsentrasi gas secara real – time selama 5 jam 45 menit

pada lingkungan penyimpanan tanpa Oksigen, gas etilen tidak diproduksi lagi.


x

ABSTRACT

THE APLICATION OF CO2 LASER – BASED PHOTOACOUSTIC

DETECTOR IN THE REAL – TIME MEASUREMENT OF ETHYLENE

GAS CONCENTRATION

Photoacoustic detector is a device to measure gas concentration of various

samples. The detector works when gas absorbs laser energy in the photoacoustic

cell which causes sound. The detector is able to measure gas concentration

quickly, sensitively and selectively without affecting the samples.

In this research, the application of CO2 laser-based photoacoustic detector

in the real – time measurement of ethylene gas concentration was conducted to

several samples. By the application of detector in the real – time measurement, the

process of an ethylene gas production can be known every time. In this research,

measurement tries to eliminate ethylene production of Fuji apple. An effort was

conducted to reduce Oxygen content from 20% to 10% out of the gases intervened

in the process. Even, it was desired to completely eliminate the Oxygen in the

storage environment. By knowing the change of ethylene production of each time

in each storing environment, it was found out that Oxygen influences ethylene

production. In the research, ethylene gas is mostly produced in the storage

environment containing 20% of Oxygen. Meanwhile, after the real – time gas

concentration measurement was conducted for 5 hours 45 minutes in the storage

environment without Oxygen, ethylene gas was not produced anymore.


xi

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus atas

rahmat, kasih, karunia serta penyertaan-Nya yang diberikan kepada penulis

selama penyusunan skripsi yang berjudul “APLIKASI DETEKTOR

FOTOAKUSTIK BERBASIS LASER CO2 DALAM PENGUKURAN

KONSENTRASI GAS ETILEN SECARA REAL – TIME”. Skripsi ini disusun

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains di Program Studi

Fisika Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan

dengan baik karena adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada

kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bunda Maria yang telah mendengarkan segala doa dan permohonan

penulis.

2. Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Bapak Dr.Ign.Edi Santosa, M.S selaku dosen pembimbing akademik,

dosen pembimbing skripsi dan dosen penguji, yang dengan penuh

kesabarannya telah membimbing, membantu, menyemangati serta

meluangkan waktunya kepada penulis selama perkuliahan, penelitian dan

proses penulisan skripsi ini.


xii

4. Ir.Sri Agustini Sulandari, M.Si selaku ketua program studi Fisika dan

dosen penguji, yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk menguji

dan memberikan masukan yang berharga bagi penulis

5. A. Prasetyadi, S.Si, M.Si. selaku dosen penguji yang telah meluangkan

waktu untuk menguji dan memberikan saran bagi penulis.

6. Drs. Vet. Asan Damanik, M.Si, Dwi Nugraheni Rositawati, M.Si dan

segenap Dosen prodi Fisika, FST Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

yang telah mendidik dan membagikan ilmunya kepada penulis selama ini.

7. Segenap karyawan FST Universitas Sanata Dharma yang telah membantu

selama masa studi. Para laboran, Bapak Sugito, Mas Ngadiono dan Mas

Bima yang telah banyak membantu penulis selama penelitian.

8. Ayahku, Antonius Pulunggono dan ibuku, Maria Suwartini, yang sabar

membimbing, memberikan dukungan, doa dan kasih sayangnya kepada

penulis.

9. Stefanus Kristianto Cahyo Purwanto, Benedictus Nugroho Dwi Handoko,

Nikolas Catur Pandoyo dan Eduwardus Cahyo Bintoro selaku saudara

kandung, yang selalu memberikan doa, semangat dan dukungannya

kepada penulis.

10. Eyang Heronimus Tamjiz dan Emma Sri Kartijah Djojosupotro, Yustinus

Jumino dan Anastasia Sogiyem Kartopawiro, yang selalu mendoakan dan

memberikan motivasi kepada penulis.

11. Tante M. Supiyati yang telah banyak membantu, memberikan motivasi

dan mendampingi penulis selama penulisan skripsi ini.


xiii

12. Fransiskus Asisi Oktora Dwi Haryanto, Fransiska Yeni Anggarini, dan

Lulu Qiuntriani Jisura, yang senantiasa mewarnai angkatan 2005,

memberikan motivasi dan masukannya kepada penulis.

13. Rekan penelitianku Fransiska Endang Kinasih dan Katarina Watini, atas

segala bantuan dan kerjasamanya.

14. Teman-teman Fisika angkatan 2002 dan angkatan 2004, yang senantiasa

membantu serta menguatkan penulis.

15. Brigita Leny Dwi Astuti dan Fransiska Sri Puji Astuti yang selalu berjuang

bersama, memotivasi dan mendengarkan curahan hati penulis dengan

sabar.

16. Teman-teman kos yang selama ini telah memberikan doa, dukungan dan

bantuan baik moral maupun spriritual kepada penulis terutama dalam

menyelesaikan skripsi ini.

17. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah

banyak membantu selama penulis menyelesaikan studi.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih banyak

kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua

pihak. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca

dan memberikan sedikit sumbangan buat Ilmu Pengetahuan.

Yogyakarta, 30 Desember 2009

Penulis


xiv

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iv

HALAMAN MOTTO .......................................................................................... v

HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................ vi

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................ vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ……………………………………. viii

INTISARI ........................................................................................................... ix

ABSTRACT ......................................................................................................... x

KATA PENGANTAR………………………………………………………….. xi

DAFTAR ISI ………………………………………………………………...... xiv

DAFTAR TABEL ……………………………………………………….......... xvii

DAFTAR GAMBAR ……………………………………………..…...…..... xviii

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang ……………………………………………………… 1

1.2. Rumusan Masalah...…………………………………………………. 3

1.3. Batasan Masalah…………………………………………………….. 4

1.4. Tujuan Penelitian……………………………………………………. 4

1.5. Manfaat Penelitian………………………………………………….. 4

1.6. Sistematika Penulisan……………………………………………….. 5


xv

BAB II DASAR TEORI

2.1. Teori Atom…………………………………………………………. 6

2.2. Teori Molekul…………..………………………………………….. 7

2.3. Detektor Fotoakustik Berbasis Laser …..……………………….…. 8

2.3.1.Laser CO2 …………………………………………………..... 9

2.3.2.Sel Fotoakustik ……………………..………………………... 11

BAB III EKSPERIMEN

3.1. Tempat Penelitian………………………...………………………… 15

3.2. Alat dan Bahan……..……………………………….…………….. 15

3.2.1. Alat – Alat …………………………………………..………. 15

3.2.2. Bahan …...……………………….…………………………... 16

3.3. Bagian – bagian dalam Detektor Fotoakustik berbasis Laser CO2 .. 17

3.3.1 Laser CO2….………………………………………………... 18

3.3.2 Sel Fotoakustik ………………………………………...….... 20

3.3.3 Lock – in amplifier ………………………………..………… 20

3.4. Pengoprasian Alat………………..………………………………… 21

3.4.1. Pengukuran Daya Laser………..…………………………..… 21

3.4.2. Kalibrasi………………..………………..…………………… 21

3.4.3. Pengukuran Konsentrasi gas etilen...……………..………….. 22

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil…………………………..…………………………………… 27

4.1.1. Pengukuran Daya Laser………………...…………………… 27

4.1.2. Kalibrasi ……………………...………..…………………… 28


xvi

4.1.3. Pengukuran Konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel .. 31

4.2. Pembahasan ………………………...……………………………... 37

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan….……......………………………..…………………... 54

5.2. Saran……......………………………………………………..……... 55

DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………….…... 56

LAMPIRAN …………………………………………………………………... 57


xvii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1: Data sinyal ternomalisir yang diukur untuk menentukan letak garis laser pada serapan etilen ………………..…………...….... 57

Tabel 2: Data konsentrasi gas etilen standar 1 ppm yang diukur saat kalibrasi... 58 Tabel 3: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi

buah apel fuji………………………….……………………………….. 59 Tabel 4: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi

buah pisang kepok……………………………………………………... 60

Tabel 5: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi kecambah kacang hijau …………………………...………...………... 61


xviii

DAFTAR GAMBAR

halaman

Gambar 2.1 Model Atom Bohr.........................................................…........... 7

Gambar 2.2 Proses Eksitasi ..………………………………………..…........... 7

Gambar 2.3 Proses Deeksitasi ........................................................................... 7

Gambar 2.4 Sketsa Tingkat Energi Molekul : tingkat energi elektronik, tingkat energi vibrasi dan tingkat energi rotasi ............................. 8

Gambar 2.5 Komponen utama pada detektor fotoakustik …………..………. 8

Gambar 2.6 Komponen Laser ......................................................................... 10

Gambar 3.1 Detektor Fotoakustik dengan Laser CO2 yang digunakan dalam penelitian …………………………………….………….. 15

Gambar 3.2 Bagian – bagian dalam detektor fotoakustik yang digunakan ……………....................................................... 17

Gambar 3.3 Rangkaian alat saat kalibrasi .…………………………….…… 22

Gambar 3.4 Rangkaian alat pada pengukuran konsentasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2 …….... 23 Gambar 3.5 Rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan campuran yang mengandung 10% O2………………........……………………… 24 Gambar 3.6 Rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan tanpa Oksigen (0% O2)... 24 Gambar 4.1 Grafik hubungan daya laser [au] terhadap posisi steppermotor Pada arus 10,75 mA ………………………….…………...…… 27

Gambar 4.2 Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas udara .………. 28

Gambar 4.3 Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi

steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm .............…………………………………………………... 29


xix

Gambar 4.4 Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm …………………………………………………….…….. 30 Gambar 4.5 Grafik hubungan konsentrasi [ppb] terhadap waktu [jam]

untuk gas etilen 1 ppm yang dialirkan.……………...…….....…. 31 Gambar 4.6 Grafik hubungan konsentrasi gas etilen [ppb] yang diproduksi apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau terhadap waktu [jam] pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2 ......................……........................................................... 33 Gambar 4.7 Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi

apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2, yang diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 10% O2 …………….................... 35

Gambar 4.8 Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2 yang diubah menjadi lingkungan 0% O2…...................................................................................... 36


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Suatu pengukuran dikatakan ideal bila tidak mengubah kondisi sampel

yang diukur. Pengubahan kondisi sampel akan menyebabkan perubahan nilai

besaran yang diukur dari nilai sebenarnya [Doebelin,1992]. Munculnya gangguan

pada instrumen dan masukan yang mengganggu saat pengukuran, dapat membuat

hasil pengukuran tidak akurat. Untuk menghindari hal tersebut, gangguan harus

dieliminasi [Doebelin,1992]. Pengukuran yang ideal membutuhkan instrumen

yang memenuhi beberapa persyaratan antara lain : sensitif, selektif, tidak

mengganggu sampel yang diukur, dan waktu tanggap cepat.

Buah adalah salah satu komoditi ekspor – impor. Pada umumnya buah

diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% Oksigen. Pada

lingkungan tersebut, buah akan terus mengalami pematangan. Pada proses

pematangan, buah akan memproduksi gas etilen untuk setiap waktunya. Emisi

etilen merupakan tanda masaknya buah [Santosa,2008].

Bila buah akan melalui proses pendistribusian dalam waktu yang lama,

produksi gas etilen oleh buah harus dihambat agar tidak diproduksi lagi. Produksi

gas etilen dipengaruhi oleh gas yang digunakan pada lingkungan tersebut. Untuk

dapat menghambat produksi gas etilen, pengukuran konsentrasi gas etilen yang

diproduksi buah perlu dilakukan pada beberapa lingkungan penyimpanan dengan


2

kandungan gas yang berbeda. Pada beberapa lingkungan penyimpanan tersebut,

gas etilen yang diproduksi buah, diamati proses perubahan produksinya dan

diukur konsentrasinya. Bila buah berada pada lingkungan penyimpanan dengan

kandungan gas yang dapat menghambat produksi gas etilen, konsentrasi gas etilen

yang dihasilkan akan berkonsentrasi kecil. Pada proses perubahan produksi, gas

etilen yang dihasilkan berubah – ubah setiap waktunya. Untuk itu, dibutuhkan

alat yang memiliki waktu tanggap cepat, sensitif, selektif, tidak mengganggu buah

dan dapat digunakan secara real – time.

Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah dapat dilakukan

dengan menggunakan Gas Chromatograpy (GC). Namun, GC memiliki waktu

tanggap yang lama. Hal tersebut mengakibatkan pengukuran konsentrasi gas

etilen secara real - time tidak dapat dilakukan. GC kurang sensitif untuk

mengukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah. Bila diukur dengan

menggunakan GC, gas etilen tersebut harus dikumpulkan terlebih dahulu.

Pengumpulan gas etilen tersebut dapat mengakibatkan kondisi buah dan

lingkungan penyimpanan buah tersebut berubah.

Selain kromatografi gas, ada sistem lain yang lebih baik untuk mengukur

konsentrasi gas etilen dari buah, yaitu detektor fotoakustik berbasis laser CO2.

Detektor ini mampu mengukur lebih dari satu macam gas secara serempak,

sensitif dan selektif. Detektor ini mempunyai waktu tanggap cepat dan langsung

terhubung dengan tempat dimana buah penghasil gas yang diukur berada.

Detektor ini dapat digunakan dalam pengukuran secara real - time [Santosa,2008].

Detektor ini dapat digunakan untuk mengetahui adanya proses perubahan


3

produksi gas etilen, agar dapat dilakukan penghambatan produksi gas etilen yang

dihasilkan buah. Detektor ini mampu melakukan pengukuran konsentrasi gas

etilen, tanpa mengubah kondisi buah dan lingkungan penyimpanan buah yang

digunakan.

Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah pada penelitian

ini dilakukan dengan menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2. Buah

tersebut diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan dengan kandungan

gas yang berbeda. Dengan digunakannya detektor fotoakustik berbasis laser CO2

dalam pengukuran konsentrasi gas etilen, diharapkan dapat menunjukkan adanya

proses perubahan produksi gas etilen, agar dapat dilakukan penghambatan

produksi gas etilen yang dihasilkan buah. Meskipun pengukuran konsentrasi gas

etilen dilakukan dalam waktu yang lama, kondisi buah dan lingkungan

penyimpanan buah yang digunakan, diharapkan tidak berubah.

1.2. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan diatas, permasalahan

yang diangkat dalam skripsi ini meliputi :

1. Bagaimana menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dalam

pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel secara real –

time.

2. Bagaimana cara mengetahui proses perubahan produksi gas etilen setiap

waktu, agar dapat dilakukan penghambatan produksi gas etilen yang

dihasilkan buah.


4

1.3. Batasan Masalah

Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel secara real –

time dilakukan menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2 yang ada di

Laboratorium Analisa Kimia Fisika Pusat, Universitas Sanata Dharma. Untuk

membedakan lingkungan penyimpanan yang digunakan, kandungan Oksigen

dalam lingkungan penyimpanan divariasikan menjadi lingkungan campuran yang

mengandung 20% O2, 10% O2, dan 0% O2.

1.4. Tujuan Penelitian

1. Mengaplikasikan detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dalam


time.

2. Mengetahui proses perubahan produksi gas etilen yang diproduksi buah

setiap waktu, agar dapat dilakukan penghambatan produksi gas etilen yang

dihasilkan buah.

1.5. Manfaat Penelitian

1. Memberikan informasi tentang penggunaan detektor fotoakustik berbasis

laser CO2 pada pengukuran secara real time.

2. Memberikan informasi bahwa pengukuran konsentrasi gas etilen secara

real – time dapat dimanfaatkan untuk mengusahakan penghambatan

produksi gas etilen yang dihasilkan buah.


5

1.6. Sistematika Penulisan

Penelitian ini akan dituliskan dengan sistematika sebagai berikut:

BAB I Pendahuluan

Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah

dan batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan

sistematika penulisan.

BAB II Dasar Teori

Bab ini menguraikan tentang teori atom, teori molekul dan detektor

fotoakustik berbasis laser

BAB III Eksperimen

Bab ini menguraikan tentang tempat pelaksanaan, alat dan bahan yang

digunakan, bagian – bagian dalam Detektor Fotoakustik berbasis Laser

CO2, pengoprasian alat dengan cara pengukuran daya laser, kalibrasi

dan pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel pada variasi

lingkungan penyimpanan yang berbeda.

BAB IV Hasil dan Pembahasan

Bab ini menguraikan tentang hasil dan pembahasan dari eksperimen

yang dilakukan.

BAB V Penutup

Bab ini berisi kesimpulan dan saran.


6

BAB II

DASAR TEORI

2.1.1. Teori Atom

Pada tahun 1913, Niels Bohr mengemukakan bahwa atom ternyata mirip

sistem planet mini [Krane,1992]. Elektron dengan massa m bergerak dalam

tingkat energi berbentuk lingkaran dengan jari-jari r, dan kecepatan v mengelilingi

inti atom bermuatan positif, tampak pada Gambar 2.1. Elektron tersebut dapat

berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi yang lain.

Perpindahan elektron dari tingkat energi yang rendah E0 ke tingkat energi

yang lebih tinggi E1, tampak pada Gambar 2.2. Perpindahan tersebut dinamakan

eksitasi. Untuk melakukan eksitasi, elektron membutuhkan energi dari luar yang

sesuai dengan energi transisi dari kedua tingkat energi tersebut. Pada proses

eksitasi tersebut terjadi proses penyerapan energi oleh elektron. Energi tersebut

akan diserap oleh elektron untuk berpindah dari tingkat energi E0 ke tingkat energi

E1. Selisih dari kedua tingkat energi ΔE, mengikuti persamaan 2.1.

01 EEE −=Δ (2.1)

Perpindahan elektron dari tingkat energi yang tinggi E1 ke tingkat energi

yang lebih rendah E0 dinamakan deeksitasi. Perpindahan tersebut tampak pada

Gambar 2.3. Pada proses deeksitasi, elektron akan memancarkan energi dalam

bentuk gelombang elektromagnetik dengan tenaga h . Elektron yang berada pada

tingkat energi E1 akan kehilangan energi dan akan berpindah ke tingkat energi

yang lebih rendah E0. Proses deeksitasi mengikuti persamaan 2.2.


7

υhEE =− 01 (2.2)

dengan : E1 merupakan tingkat energi tinggi

E0 merupakan tingkat energi rendah

h merupakan tetapan Planck yang besarnya 6,63.10-34 J.s

υ merupakan frekuensi gelombang elektromagnetik

Gambar 2.1. Gambar 2.2. Gambar 2.3. Model atom Bohr Proses eksitasi Proses deeksitasi

2.1.2. Teori Molekul

Molekul adalah kumpulan atom – atom yang saling mengikat sehingga

bergabung menjadi satu. Molekul dapat menyerap dan memancarkan energi

seperti pada sebuah atom [Krane, 1992]. Penyerapan dan pemancaran energi pada

sebuah molekul dapat terjadi pada tiap – tiap tingkat energi yang dimiliki

molekul.

Molekul memiliki tiga jenis tingkat energi yaitu tingkat energi elektronik

tingkat energi vibrasional, dan tingkat energi rotasional. Dari masing-masing

tingkat energi elektronik, ada beberapa tingkat energi vibrasi. Dari masing-masing

tingkat energi vibrasi ada beberapa tingkat energi rotasi. Sketsa dari tiga jenis

tingkat energi molekul tampak pada Gambar 2.4.


8

Gambar 2.4. Sketsa tingkat energi molekul : tingkat energi elektronik, tingkat energi vibrasi dan tingkat energi rotasi

2.1.3. Detektor Fotoakustik berbasis laser

Efek Fotoakustik disebut juga optoakustik. Efek fotoakustik pertama kali

ditemukan oleh Alexander Graham Bell pada tahun 1880 [Spike,2006]. Efek

Fotoakustik pada dasarnya merupakan konversi cahaya menjadi gelombang bunyi.

Detektor fotoakustik mengukur langsung intensitas cahaya yang diserap

oleh sampel. Detektor fotoakustik mempunyai beberapa komponen penting, yaitu

laser dan sel fotoakustik. Laser digunakan sebagai sumber cahaya. Pada sel

fotoakustik terdapat resonator dan mikrofon. Komponen penting pada detektor

fotoakustik, tampak pada Gambar 2.5.

Gambar 2.5. Komponen utama pada detektor fotoakustik


9

Jika frekuensi laser disamakan dengan frekuensi transisi dari molekul yang

berada di dalam sel fotoakustik, sebagian molekul dengan tingkat energi E0 akan

dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi E1. Molekul-molekul dengan tingkat

energi E1 kemudian akan melakukan proses deeksitasi dengan melepaskan energi

eksitasinya. Proses deeksitasi dapat terjadi secara radiasi maupun non - radiasi.

Apabila pelepasan energi eksitasi berlangsung secara non-radiasi, maka pada

waktu bertumbukan molekul tersebut akan memberikan energi eksitasinya kepada

molekul yang ditumbuknya. Oleh molekul yang ditumbuk, energi eksitasi tersebut

digunakan sebagai energi translasi atau energi kinetik. Kenaikan energi kinetik

tersebut akan menyebabkan kenaikan suhu dan tekanan. Apabila laser dimodulasi

dengan chopper, tekanan dalam sel fotoakustik akan berubah secara periodik.

Perubahan tekanan atau bunyi tersebut akan ditangkap dan diukur dengan

menggunakan mikrofon. Keluaran dari mikrofon tersebut akan diperkuat oleh lock

– in amplifier [Santosa,2008].

2.3.1. Laser CO2

Sumber cahaya yang digunakan pada detektor fotoakustik adalah laser.

Digunakannya laser pada detektor fotoakustik karena laser memiliki intensitas

spektral yang tinggi dan dapat ditala. Frekuensi laser dapat disamakan dengan

frekuensi transisi molekul yang akan dideteksi. Salah satu jenis laser yang dapat

digunakan pada detektor fotoakustik adalah laser CO2. Laser CO2 tersebut bekerja

pada panjang gelombang mμ9 - 11 mμ . Detektor fotoakustik berbasis laser CO2

sangat sensitif untuk mengukur etilen dengan batas deteksi pada orde ppt (part per


10

trillion, 1:1012) [Santosa,2008]. Hal ini dikarenakan etilen mempunyai koefisien

serapan yang sangat tinggi di daerah operasi laser tersebut.

Laser CO2 merupakan laser yang terdiri dari beberapa komponen, yaitu :

bahan aktif, power supply, dan resonator optis (Gambar 2.6). Resonator optis pada

laser CO2 terdiri dari sebuah kisi dan sebuah cermin. Power supply digunakan

untuk memberikan daya pada laser CO2. Pada bahan aktif terdapat 3 jenis gas

yaitu gas CO2, gas N2 dan gas He. Gas CO2 adalah gas utama pembentuk laser

CO2. Gas N2 dapat membantu menaikkan populasi pada tingkat atas. Sedangkan,

gas He dapat membantu mengurangi populasi pada tingkat bawah [Laud,1988].

Gambar 2.6. Komponen Laser

Syarat terjadinya laser adalah terjadinya proses pancaran terangsang. Pada

kondisi normal, populasi molekul CO2 pada tingkat energi rendah lebih banyak

daripada populasi molekul CO2 pada tingkat energi yang lebih tinggi. Agar

terjadinya proses pancaran terangsang, kondisi inversi populasi harus terpenuhi

(pers. 2.3), dimana jumlah populasi tingkat atas (N2) lebih banyak dari jumlah

populasi tingkat bawah (N1).

12 NN > (2.3)

Untuk mencapai keadaan seperti pada pers.2.3, molekul CO2 aktif dipicu


11

untuk mencapai kondisi inversi populasi dengan memberikan energi pada molekul

CO2 tersebut.

Untuk mempertahankan kondisi inversi populasi pada molekul CO2, perlu

dilakukan penguatan laser. Penguatan laser dapat dilakukan dengan cara

meletakkan molekul CO2 tersebut diantara kisi dan cermin parsial. Kisi dan

cermin parsial tersebut akan memantulkan cahaya kembali ke dalam molekul

CO2, sehingga terjadi pancaran terangsang tambahan. Pantulan cahaya bolak-balik

antara kisi dan cermin parsial tersebut akan merangsang molekul CO2 untuk

melakukan deeksitasi dengan memancarkan energi yang sama.

Pada cermin parsial, sebagian berkas akan dipantulkan, sebagian berkas

lainnya akan keluar dari resonator optis melalui cermin tersebut. Berkas yang

keluar tadi merupakan keluaran laser [Krane,1992].

2. 3.2. Sel fotoakustik

Sel fotoakustik yang ada pada detektor fotoakustik memiliki komponen

utama yaitu resonator dan mikrofon. Sel fotoakustik merupakan komponen yang

berfungsi sebagai tempat konversi berkas cahaya laser menjadi bunyi yang akan

ditangkap mikrofon. Dalam sel fotoakustik akan terjadi penyerapan tenaga laser

oleh gas yang ada di dalamnya. Hal tersebut dapat mengakibatkan kenaikan suhu

dan tekanan di dalam sel fotoakustik. Karena berkas laser dimodulasi, maka

tekanannya akan berubah secara periodik. Perubahan tekanan secara periodik atau

bunyi tersebut kemudian akan ditangkap mikrofon. Bunyi yang ditangkap oleh

mikrofon tersebut terkait juga dengan daya laser, konsentrasi gas yang ada di


d

f

d

d

p

f

l

t

b

dalam sel

[Santosa, 20

Buny

sebesar υ , m

Untu

fotoakustik,

[Besson,200

dengan : R

dimana : c

Dari

pada jenis g

fotoakustik t

Pada

laser, koefis

terdapat satu

besaran yang

fotoakustik,

008].

yi dengan pa

mengikuti pe

uk jenis gas d

memiliki k

06] :

R merupaka

v

p

cc

=γ

cp = panas je

= panas j

persamaan

gas yang ad

tersebut bern

a teknik fot

sien serapan

u jenis gas

g lain, dinya

, koefisien

anjang gelom

ersamaan 2.4

λυ =

dengan mass

kecepatan b

υ =

an konstanta

nis gas pada

enis gas pad

2.5, kecepa

da di dalam

nilai tertentu

oakustik, ke

dan konsen

“g”, hubun

atakan dalam

l CS =

serapan d

mbang λ dan

4 :

fλ

sa molar M

bunyi sebes

MRTγ

gas univers

a tekanan kon

da volume ko

atan bunyi υ

m sel fotoaku

u sesuai deng

eluaran dari

ntrasi gas. Ji

ngan antara

m persamaan

glglCCP α

an konstant

n frekuensi

pada suhu T

sar υ , men

al yang nila

nstan

onstan

υ pada sel

ustik. Kecep

gan jenis gas

i mikrofon

ika di dalam

keluaran mi

2.6. [Santos

ta sel foto

f, memiliki

T yang ada d

ngikuti persa

inya 8,3144

fotoakustik

patan bunyi

s yang digun

tergantung

m sel fotoaku

ikrofon dan

sa,2008]:

12

oakustiknya

i kecepatan

(2.4)

di dalam sel

amaan 2.5

(2.5)

J/(mol K).

tergantung

dalam sel

nakan.

pada daya

ustik hanya

besaran –

(2.6)


13

dengan : lS adalah sinyal keluaran mikrofon

l adalah jenis garis laser

lP adalah daya laser

C adalah konstanta sel akustik

gC adalah konsentrasi gas “g” yang berada dalam sel fotoakustik

glα adalah koefisien serapan dari gas “g” pada garis laser jenis “l”

Dari persamaan 2.6 dapat diperoleh sinyal ternormalisir dengan daya

laser, mengikuti persamaan 2.7 [Santosa,2008]:

( ) glgl CCPS α=/ (2.7)

Nilai konsentrasi gas (Cg) dari persamaan 2.7, diperoleh dengan mengukur

nilai sinyal keluaran mikrofon (S) dan daya laser (P). Persamaan 2.7, berlaku

untuk satu nilai panjang gelombang laser. Dalam praktek, untuk menghindari

gangguan serapan dari molekul lain, perlu dilakukan pengukuran untuk beberapa

panjang gelombang laser.

Apabila di dalam sel fotoakustik terdapat lebih dari satu jenis gas,maka

masing-masing gas akan memberikan sumbangan pada sinyal keluaran dari

mikrofon. Sinyal keluaran mikrofon ternormalisir total memenuhi persamaan 2.8

[Santosa,2008]:

( ) ( )∑ ∑==G

g

G

gglgll CCPSPS α// (2.8)

dengan G adalah cacah komponen gas yang berada di dalam fotoakustik.

Bila pengukuran menggunakan dua garis laser, maka sinyal keluaran


14

mikrofon ternormalisir untuk garis laser pertama 1−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

lPS

, menggunakan

persamaan 2.9. Untuk garis laser kedua 2−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

lPS

, menggunakan persamaan 2.10.

∑ ∑ −−−

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ G

g

G

gglg

ll

CCPS

PS

111

α (2.9)

∑ ∑ −−−

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ G

g

G

gglg

ll

CCPS

PS

222

α (2.10)


15

BAB III

EKSPERIMEN

3.1.1. Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Analisa Kimia Fisika Pusat,

Kampus III Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.2. Alat dan Bahan

3.2.1.1. Alat – alat

Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

a. Detektor Fotoakustik berbasis Laser CO2, tampak pada gambar 3.1 :

Gambar 3.1. Detektor fotoakustik berbasis laser CO2 yang digunakan dalam penelitian

Detektor fotoakustik berbasis Laser CO2 berfungsi sebagai alat ukur

konsentrasi etilen.


16

b. Personal Computer (PC)

PC berfungsi mencatat data dan mengendalikan proses pengukuran.

c. Flow Controller

Flow controller digunakan untuk mengatur aliran gas yang akan masuk

pada cuvet dan detektor fotoakustik.

d. Flowmeter digital

Flowmeter digital berfungsi sebagai petunjuk besarnya aliran gas yang

digunakan dalam penelitian. Pada flowmeter ini akan ditampilkan

besarnya aliran gas yang digunakan dalam satuan ml/menit.

e. Cuvet

Cuvet berfungsi sebagai tempat sampel. Selain itu, cuvet juga

berfungsi sebagai tempat terjadinya percampuran gas - gas yang akan

digunakan sebagai lingkungan penyimpanan sampel.

3.2.2. Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut :

a. buah apel Fuji RRC, pisang, dan kecambah

Buah dan kecambah tersebut digunakan sebagai sampel penghasil

gas etilen.

b. Gas udara

Gas tersebut berfungsi sebagai lingkungan penyimpanan sampel,

medium pada sel fotoakustik dan sebagai pengencer gas etilen

standar.


17

c. Gas O2 dan N2

Gas – gas tersebut berfungsi sebagai lingkungan penyimpanan

sampel. Gas - gas tersebut diencerkan dan diatur kadungan gas

Oksigennya. Pengubahan kandungan gas Oksigen tersebut dilakukan

untuk menyelidiki pengaruh gas Oksigen terhadap produksi gas

etilen yang dihasilkan. Dalam lingkungan penyimpanan yang

digunakan, kandungan Gas O2 diubah menjadi:

• 20% O2 dan 80% N2

• 10% O2 dan 90% N2

• 0% O2 dan 100% N2

d. Gas etilen 10 ppm

Gas etilen tersebut diencerkan hingga menjadi 1 ppm dengan

menggunakan gas udara. Gas tersebut digunakan saat kalibrasi.

3.3. Bagian – bagian dalam Detektor Fotoakustik berbasis Laser CO2

Gambar 3.2. Bagian – bagian dalam detektor fotoakustik yang digunakan


18

Bagian – bagian dalam detektor fotoakustik berbasis laser CO2, tampak pada

Gambar 3.2. Bagian – bagian dalam detektor tersebut antara lain :

3.3.1. Laser CO2

Laser CO2 pada detektor fotoakustik yang digunakan dilengkapi dengan :

a. Laser CO2

Laser CO2 pada Gambar 3.2 bagian 5 berfungsi sebagai sumber

cahaya. Bahan aktif pada laser CO2 diletakkan dalam tabung sealed-

off yaitu pada pipa bagian dalam. Bahan aktif tersebut diisi ke dalam

pipa bagian dalam kemudian ditutup. Pipa bagian luar pada tabung

tersebut digunakan sebagai tempat air yang berasal dari saluran air

kran yang berfungsi sebagai pendingin laser. Selama beroperasi, air

tersebut terus menerus dialirkan dengan kecepatan dan tekanan

tertentu. Pengaturan kecepatan dan tekanan tersebut bertujuan untuk

menghindari kebocoran pada tabung laser.

b. Powermeter

Powermeter pada Gambar 3.2 bagian 1 digunakan sebagai pengukur

keluaran daya yang dihasilkan oleh laser CO2.

c. Piezo

Piezo pada Gambar 3.2 bagian 2a berfungsi untuk mengatur panjang

resonator optis. Pada pengaturan tersebut, piezo akan menggeser

posisi cermin parsial yang ada di depannya. Dengan berubahnya

posisi cermin tersebut maka panjang resonator optis akan berubah.


19

Pengubahan tersebut dilakukan untuk mengoptimalisasi kerja laser

agar dihasilkan daya yang terbesar.

d. Cermin parsial

Cermin parsial pada Gambar 3.2 bagian 2b terletak tepat di depan

piezo dan kedudukannya melekat dengan piezo. Sebagian berkas

yang keluar dari cermin tersebut, merupakan keluaran laser.

e. Diafragma

Diafragma pada Gambar 3.2 bagian 3 digunakan untuk membantu

memfokuskan sinar laser saat pelurusan laser. Diafragma yang

digunakan pada detektor ini berjumlah 2 buah.

f. Kisi

Kisi pada Gambar 3.2 bagian 7 berperan dalam memantulkan cahaya

laser dan berperan dalam memilih panjang gelombang laser. Hal

tersebut dilakukan dengan cara mengubah kedudukan kisi dengan

bantuan steppermotor.

g. Steppermotor

Steppermotor pada Gambar 3.2 bagian 8 berfungsi untuk

menggerakkan kisi pada kedudukan yang sesuai sehingga panjang

gelombang laser yang diinginkan dapat diperoleh.

h. Chopper

Chopper pada Gambar 3.2 bagian 6 berfungsi untuk memodulasi

berkas laser agar tekanan pada sel fotoakustik berubah secara

periodik.


20

i. Laser kontrol

Laser kontrol pada Gambar 3.2 bagian 10 berfungsi untuk

mengontrol kerja laser CO2.

j. Power supply

Power supply pada Gambar 3.2 bagian 11 digunakan untuk

memberikan daya pada laser CO2.

3.3.2. Sel fotoakustik

Sel fotoakustik pada detektor ini diletakkan di antara resonator optis. Oleh

karena itu, detektor ini disebut detektor dengan sistem intrakavitas. Sistem

intrakavitas diterapkan dalam detektor ini agar pada sel fotoakustik

diperoleh daya laser tinggi. Di dalam sel fotoakustik terdapat mikrofon

dan resonator. Mikrofon pada Gambar 3.2 bagian 4a berfungsi untuk

menangkap bunyi yang diakibatkan oleh adanya penyerapan daya laser

oleh gas di dalam sel fotoakustik. Resonator pada Gambar 3.2 bagian 4.b

berfungsi sebagai tempat terjadinya resonansi bunyi.

3.3.3. Lock-in Amplifier

Sinyal keluaran dari mikrofon diperkuat oleh lock – in amplifier. Lock-in

Amplifier pada Gambar 3.2 bagian 9, pada dasarnya merupakan penapis

(filter) yang dapat disamakan dengan frekuensi sinyal. Penapis yang

demikian ini akan menolak kebanyakan derau yang tidak diinginkan


21

sehingga mampu mengukur sinyal yang sangat kecil dengan teliti walau

sinyal tesebut diselubungi oleh derau / noise.

3.4. Pengoprasian Alat

3.4.1. Pengukuran Daya Laser

Sebelum detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dioperasikan pada

pengukuran konsentrasi gas etilen, detektor tersebut harus dioptimalisasikan.

Optimalisasi dilakukan dengan cara mengatur posisi kisi dan cermin yang

digunakan. Optimalisasi tersebut dilakukan agar dihasilkan daya yang tinggi.

3.4.2. Kalibrasi

Pada penelitian ini, gas yang diukur adalah gas etilen. Agar gas etilen

dapat diukur dengan baik maka perlu dilakukan kalibrasi untuk gas etilen terlebih

dahulu. Kalibrasi dilakukan dalam dua tahap yaitu : mengukur sinyal ternormalisir

untuk mengetahui posisi garis laser pada serapan etilen dan pengukuran

konsentrasi gas etilen standar.

Pengukuran sinyal ternormalisir untuk mengetahui posisi garis laser pada

serapan etilen dilakukan dengan menggunakan rangkaian alat pada Gambar 3.3.

Pada rangkaian Gambar 3.3 tersebut, pada sel fotoakustik awalnya dialiri gas

udara. Setelah mengalirkan gas tersebut, dilakukan pengukuran sinyal

ternormalisir. Setelah itu, dilakukan pengukuran sinyal ternormalisir saat sel

fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm. Pengaliran gas etilen 1 ppm pada sel

fotoakustik, dilakukan dengan cara mengencerkan gas etilen 10 ppm hingga


22

menjadi 1 ppm dengan menggunakan gas udara. Pengaliran tersebut menggunakan

rangkaian Gambar 3.3.

Gambar 3.3. Rangkaian alat saat kalibrasi

Dari hasil dua pengukuran di atas, akan dihasilkan grafik hubungan antara

sinyal ternormalisir terhadap posisi steppermotor. Dengan membandingkan kedua

grafik pengukuran tersebut, dapat diketahui letak garis laser 10P14 dan 10P16

yang digunakan dalam pengukuran konsentrasi gas etilen. Letak kedua garis laser

tersebut dapat diketahui dengan cara mencari pertambahan sinyal ternormalisir

yang berasal dari serapan gas etilen pada kedua grafik tersebut. Setelah diperoleh

garis laser pada pengukuran etilen, dilakukanlah pengukuran konsentrasi gas

etilen standar. Pengukuran tersebut disajikan dalam grafik hubungan konsentrasi

[ppb] terhadap waktu [jam] untuk gas etilen 1 ppm yang dialirkan.

3.4.3. Pengukuran konsentrasi gas etilen

Pada penelitian pertama, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen

yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau secara

real - time. Pengukuran tersebut bertujuan untuk menyelidiki apakah ketiga


23

sampel yang digunakan, menghasilkan gas etilen saat diletakkan pada lingkungan

udara yang mengandung 20% Oksigen. Pengukuran dilakukan dengan

menggunakan rangkaian alat pada Gambar 3.4. Buah apel fuji adalah sampel yang

pertama kali diukur dalam penelitian pertama.

Sebelum buah apel fuji tersebut dimasukkan, pengukuran konsentrasi gas

etilen, dilakukan pada lingkungan udara. Setelah ditunggu beberapa saat, buah

apel fuji dimasukkan dalam cuvet. Dengan dimasukkannya buah apel fuji ke

dalam cuvet berarti produksi gas etilen yang diproduksi buah tersebut dapat

diukur konsentrasinya. Untuk mengukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi

buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau, langkah – langkah pengukuran

yang dilakukan sama seperti pada saat pengukuran konsentrasi buah apel fuji di

atas.

Gambar 3.4. Rangkaian alat pada pengukuran konsentasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau pada

lingkungan udara yang mengandung 20% O2

Pada penelitian kedua, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang

dihasilkan buah apel fuji yang diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan

yang berbeda kandungan gas Oksigennya. Kandungan Oksigen divariasikan


24

menjadi lingkungan campuran yang mengandung 20% O2, 10% O2, dan 0% O2.

Konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji ketika diletakkan pada

beberapa lingkungan penyimpanan tersebut akan dipantau dan diamati proses

produksinya. Hal tersebut dilakukan untuk mengetahui pengaruh gas Oksigen dari

masing – masing lingkungan penyimpanan terhadap produksi gas etilen oleh apel.

Rangkaian pada Gambar 3.5 merupakan rangkaian pada pengukuran

konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan campuran yang

mengandung 10% O2. Rangkaian pada Gambar 3.6 merupakan rangkaian pada

pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan

tanpa Oksigen (0% O2).

Gambar 3.5. rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi

apel fuji untuk lingkungan campuran yang mengandung 10% O2

Gambar 3.6. rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan tanpa Oksigen (0% O2).


25

Pada awal pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel

fuji, lingkungan yang digunakan adalah lingkungan campuran yang mengandung

80% N2 dan 20% O2. Rangkaian alat yang digunakan adalah rangkaian pada

gambar 3.5. Setelah campuran gas tersebut dialirkan ke dalam cuvet, apel fuji

dimasukkan ke dalam cuvet. Kemudian konsentrasi gas etilen dari apel tersebut

diukur dan proses produksi gas etilen tersebut diamati beberapa saat. Setelah itu,

lingkungan penyimpanan dalam cuvet diubah.

Untuk pengubahan lingkungan penyimpanan yang pertama, lingkungan

penyimpanan yang awalnya adalah lingkungan campuran yang mengandung 80%

N2 dan 20% O2, diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 90% N2

dan 10% O2. Pengubahan tersebut dilakukan dengan cara memperkecil aliran gas

Oksigen yang digunakan. Rangkaian alat yang digunakan saat pengubahan

tersebut tetap sama, yaitu rangkaian pada Gambar 3.5.

Untuk pengubahan lingkungan penyimpanan yang kedua, awalnya

lingkungan penyimpanan buah apel fuji yang digunakan adalah lingkungan

campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Pada saat itu, rangkaian alat

yang digunakan adalah rangkaian pada Gambar 3.5. Setelah beberapa saat

dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen pada lingkungan tersebut,

lingkungan penyimpanan yang digunakan diubah menjadi lingkungan yang

mengandung 100% N2 dan 0% O2. Hal tersebut dilakukan dengan cara mengubah

rangkaian pada gambar 3.5 menjadi rangkaian pada gambar 3.6. Setelah rangkaian

diubah, pada rangkaian masih terdapat gas Oksigen. Pembersihan rangkaian dari

kandungan Oksigen, dilakukan dengan cara membesarkan aliran gas Nitrogen.


26

Setelah ± 15 menit, aliran gas Nitrogen dikembalikan pada aliran yang semula.

Sebelum dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen, dilakukan

pengesetan frekuensi resonansi sesuai dengan medium yang ada di dalam sel

fotoakustik [Watini,2008]. Untuk setiap medium yang berbeda, memiliki

frekuensi resonansi yang berbeda pula. Medium udara memiliki frekuensi

resonansi (1720±5)Hz, sedangkan medium Nitrogen memiliki frekuensi resonansi

(1741±5) Hz.


27

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil

4.1.1. Pengukuran Daya Laser

Sebelum digunakan dalam suatu pengukuran, detektor fotoakustik berbasis

laser CO2 harus diukur daya lasernya terlebih dahulu. Pengukuran daya laser

dilakukan pada arus 10,75 mA. Pengukuran daya laser tersebut, tampak pada

Gambar 4.1. Pengukuran daya laser tersebut dilakukan untuk posisi steppermotor

5000 – 7500. Posisi steppermotor pada grafik pengukuran tersebut mewakili

panjang gelombang laser yang digunakan.

Gambar 4.1. Grafik hubungan daya laser [au] terhadap posisi steppermotor pada arus 10,75 mA


28

4.1.2. Kalibrasi

Pada penelitian ini gas yang akan diukur adalah gas etilen. Agar hasil yang

diperoleh baik, maka perlu dilakukan kalibrasi untuk gas etilen. Kalibrasi

dilakukan dengan cara mengukur sinyal ternormalisir untuk mengetahui posisi

garis laser pada serapan etilen dan pengukuran konsentrasi gas etilen standar.

Salah satu hal yang perlu dilakukan dalam kalibrasi adalah pengukuran

sinyal ternormalisir untuk mengetahui posisi garis laser pada serapan etilen.

Pengukuran tersebut dilakukan dengan cara mengalirkan gas udara ke dalam sel

fotoakustik. Frekuensi resonansi diset sesuai dengan medium udara yang ada di

dalam sel fotoakustik, yaitu pada frekuensi 1716 Hz. Hasil pengukuran sinyal

ternormalisir saat mengalirkan gas udara tersebut tampak pada Gambar 4.2.

Setelah itu, pengukuran sinyal ternormalisir dilakukan saat gas etilen 1 ppm

dialirkan pada sel fotoakustik. Hasil pengukuran sinyal ternormalisir saat gas

etilen 1 ppm dialirkan pada sel fotoakustik tampak pada Gambar 4.3.

Gambar 4.2. Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi

steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas udara


29

Gambar 4.3. Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi

steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm

Dengan membandingkan Gambar 4.2 dan Gambar 4.3, dapat diketahui

bahwa terdapat pertambahan sinyal ternormalisir pada Gambar 4.3. Pertambahan

sinyal ternormalisir tertinggi terjadi pada posisi steppermotor 6643. Pada Gambar

4.2, pada posisi tersebut sinyal ternormalisir yang dihasilkan sangat kecil, tetapi

pada Gambar 4.3, pada posisi tersebut terjadi tambahan sinyal ternormalisir

tertinggi. Tambahan sinyal ternormalisir tertinggi pada Gambar 4.3 itulah yang

merupakan garis laser pada serapan etilen (10P14) tersebut. Pada posisi 6643 pada

Gambar 4.3, daya laser yang dihasilkan bernilai 2,3 au. Sedangkan sinyal yang

dihasilkan bernilai 1,8 au. Sehingga sinyal ternormalisir (S/P) yang dihasilkan

bernilai 0,78 au. Nilai daya laser, sinyal dan sinyal ternormalisir dari hasil di atas

dapat dilihat pada Lampiran 1 (Tabel 1bagian A).

Bila hasil pengukuran pada Gambar 4.3 diperbesar, hasilnya tampak pada

Gambar 4.4. Perbesaran tersebut dilakukan untuk posisi steppermotor 6600 –


30

6700. Dengan menggunakan gambar 4.4, letak garis laser 10P14 tampak lebih

jelas.

Garis 10P16 pada Gambar 4.3. berada pada posisi 6741. Pada posisi

tersebut daya laser yang dihasilkan bernilai 2,1 au. Sedangkan sinyal yang

dihasilkan bernilai 0,9 au. Sehingga sinyal ternormalisir yang dihasilkan bernilai

0,43 au. Nilai daya laser, sinyal dan sinyal ternormalisir dari hasil diatas dapat

dilihat pada Lampiran 1 (Tabel 1 bagian B).

Gambar 4.4. Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm

Garis laser 10P14 dan 10P16 yang sudah diketahui kemudian digunakan

untuk pengukuran konsentrasi gas etilen standar. Pengukuran tersebut dilakukan

dengan cara mengalirkan gas etilen 1 ppm dari tabung etilen. Gas tersebut

dialirkan ke dalam rangkaian pada Gambar 3.3.

Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen standar tampak pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 bagian A adalah hasil pengukuran konsentrasi gas etilen saat sel

fotoakustik dialiri gas udara. Pada bagian A tersebut, tidak terdapat gas etilen.


31

Gambar 4.5 bagian B adalah situasi saat dilakukan pengaturan aliran gas etilen 1

ppm. Pada Gambar 4.5 bagian B tersebut, pengukuran dihentikan sementara

sehingga gas etilen tidak diukur. Gambar 4.5 bagian C adalah hasil pengukuran

saat pada rangkaian dialiri gas etilen 1 ppm. Pada bagian C tersebut, dihasilkan

gas etilen dengan konsentrasi sebesar (1003 ± 9)ppb, ditampilkan pada Lampiran

2 (Tabel 2). Pengukuran konsentrasi gas etilen standar ini akan digunakan sebagai

pembanding untuk hasil pengukuran konsentrasi yang dilakukan nantinya.

Gambar 4.5. Grafik hubungan konsentrasi [ppb] terhadap waktu [jam] untuk gas etilen 1 ppm yang dialirkan.

4.1.3. Pengukuran Konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel

Setelah hasil kalibrasi diperoleh, dilakukan pengukuran konsentrasi gas

etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau.

Pengukuran dilakukan dengan menggunakan cuvet yang berbentuk tabung yang

memiliki tinggi 11,6 cm dan diameter 10 cm. Cuvet tersebut memiliki volume

0,91 liter. Pengukuran tersebut dilakukan dengan meletakkan buah apel fuji, buah

pisang kepok dan kecambah kacang hijau secara bergantian ke dalam cuvet.


32

Buah apel fuji yang digunakan pada pengukuran ini memiliki berat 195 gr.

Buah pisang kepok yang digunakan pada pengukuran ini memiliki berat 74 gr.

Untuk satu kecambah kacang hijau yang digunakan dalam pengukuran

konsentrasi ini rata – rata memiliki berat 0.097 gr. Kecambah kacang hijau yang

dimasukkan dalam cuvet memiliki berat total sebesar 50 gr.

Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang

kepok dan kecambah kacang hijau, dilakukan dengan menggunakan rangkaian

pada Gambar 3.4. Gas yang digunakan pada pengukuran ini adalah gas udara. Gas

tersebut berfungsi sebagai lingkungan penyimpanan sampel dan medium di dalam

sel fotoakustik. Frekuensi resonansi diset pada frekuensi 1718 Hz. Hasil

pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok

dan kecambah kacang hijau, tampak pada Gambar 4.6.

Gambar 4.6 bagian A merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen

pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Pada bagian A tersebut, tidak

dihasilkan gas etilen. Gambar 4.6 bagian B merupakan hasil pengukuran

konsentrasi gas etilen saat buah apel fuji dengan berat 195 gr diletakkan pada

lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Pada bagian B, dihasilkan gas etilen

dengan konsentrasi berkisar antara 741 ppb sampai dengan 859 ppb. Gambar 4.6

bagian C merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen saat buah pisang

kepok dengan berat 74 gr diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung

20% O2. Pada bagian C, dihasilkan gas etilen dengan konsentrasi berkisar antara

135 ppb sampai dengan 240 ppb. Gambar 4.6 bagian D merupakan hasil

pengukuran konsentrasi gas etilen saat kecambah kacang hijau dengan berat 50 gr


33

diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Pada bagian D,

dihasilkan gas etilen dengan konsentrasi berkisar antara 382 ppb sampai dengan

535 ppb.

Gambar 4.6. Grafik hubungan konsentrasi gas etilen [ppb] dari apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau terhadap waktu [jam] pada lingkungan udara

yang mengandung 20% O2

Dari hasil pengukuran tersebut dapat diketahui konsentrasi etilen yang

diproduksi masing – masing sampel per 1 gramnya. Untuk setiap 1 gram buah

apel fuji, konsentrasi etilen yang diproduksi sebesar (4.07±0.03) ppb, ditampilkan

pada Lampiran 3 (Tabel 3). Untuk setiap 1 gram buah pisang kepok, konsentrasi

etilen yang diproduksi sebesar (2.3 ± 0.1) ppb, ditampilkan pada Lampiran 4

(Tabel 4). Untuk setiap 1 gram kecambah kacang hijau, konsentrasi etilen yang

diproduksi sebesar (8.9 ± 0.2) ppb, ditampilkan pada Lampiran 5 (Tabel 5).


34

Setelah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah

apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau, dilakukan pengukuran

konsentrasi gas etilen yang dihasilkan buah apel fuji. Buah apel fuji yang

digunakan memiliki berat 200 gram. Pada pengukuran ini, buah tersebut

diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan yang berbeda.

Gas yang digunakan sebagai lingkungan penyimpanan dalam pengukuran

tersebut adalah gas Nitrogen dan Oksigen. Pada penelitian ini, kandungan gas

Oksigen divariasikan menjadi lingkungan campuran yang mengandung 20% O2,

10% O2, dan 0% O2.

Saat awal pengukuran, rangkaian yang digunakan adalah rangkaian pada

Gambar 3.5. Lingkungan penyimpanan buah apel fuji yang digunakan merupakan

lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Frekuensi

resonansi diset pada frekuensi 1723,5 Hz. Setelah beberapa saat, lingkungan

penyimpanan buah apel fuji yang semula lingkungan campuran yang mengandung

80% N2 dan 20% O2, diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung

90% N2 dan 10% O2. Pengubahan lingkungan penyimpanan tersebut dilakukan

dengan cara memperkecil aliran gas Oksigen yang digunakan. Frekuensi resonansi

diset pada frekuensi 1744,8 Hz.

Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang dihasilkan buah apel pada

lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, yang diubah

menjadi lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2, tampak

pada Gambar 4.7. Gambar 4.7 bagian A adalah hasil pengukuran konsentrasi gas

etilen yang diproduksi apel fuji yang diukur saat diletakkan pada lingkungan


35

campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Sedangkan Gambar 4.7 bagian

B adalah hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji yang

diukur saat diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan

10% O2.

Gambar 4.7. Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2, yang

diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 10% O2

Seperti ketika lingkungan diubah menjadi lingkungan campuran yang

mengandung 10% O2, sampel yang digunakan pada pengukuran konsentrasi gas

etilen kali ini adalah buah apel fuji. Pengukuran tersebut dilakukan pada dua

lingkungan yang berbeda. Pada pengukuran ini, awalnya lingkungan penyimpanan

sampel yang digunakan adalah lingkungan campuran yang mengandung 80% N2

dan 20% O2. Frekuensi resonansi diset pada frekuensi 1721 Hz. Setelah itu,

lingkungan penyimpanan yang digunakan, diubah menjadi lingkungan yang


36

mengandung 100% N2 dan 0% O2. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang

diperoleh, tampak pada Gambar 4.8. Gambar 4.8 bagian A adalah hasil

pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji yang diukur saat

diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2.

Gambar 4.8 bagian B merupakan situasi dimana pengukuran dihentikan

sementara. Hal tersebut terjadi saat dilakukan pengubahan lingkungan

penyimpanan yang digunakan. Sedangkan Gambar 4.8 bagian C adalah hasil

pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji yang diukur saat

buah apel tersebut berada pada lingkungan peralihan. Gambar 4.8 bagian D

merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji

saat buah apel tersebut diletakkan pada lingkungan yang mengandung 100% N2

dan 0% O2.

Gambar 4.8. Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2 yang

diubah menjadi lingkungan 0% O2


37

4.2. Pembahasan

Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan detektor fotoakustik

berbasis laser CO2. Digunakannya detektor fotoakustik berbasis laser CO2 pada

penelitian ini karena laser CO2 sangat sensitif untuk mengukur etilen. Gas sebagai

bahan aktif pembentuk laser CO2 pada detektor ini, dimasukkan dalam tabung

sealed – off. Dimasukkannya bahan aktif dalam tabung tersebut membuat biaya

operasional yang dibutuhkan menjadi lebih hemat karena gas tersebut diisikan ke

dalam tabung kemudian ditutup rapat dan tidak perlu dialirkan lagi.

Detektor fotoakustik dalam penelitian ini menggunakan sistem

intrakavitas. Pada sistem tersebut, sel fotoakustik diletakkan di antara resonator

optis. Peletakan sel fotoakustik di antara resonator optis bertujuan agar daya laser

pada sel fotoakustik yang dihasilkan memiliki daya yang tinggi. Dengan

dihasilkannya daya yang tinggi, kemampuan detektor fotoakustik diharapkan

memiliki sensitivitas yang tinggi.

Detektor fotoakustik dapat digunakan untuk mengukur gas etilen bila

terjadi penyerapan energi laser oleh gas etilen yang ada di dalam sel fotoakustik.

Molekul gas etilen tersebut akan mengalami eksitasi dengan menyerap energi

laser. Saat berada di tingkat energi eksitasi, molekul tersebut akan mengalami

deeksitasi dengan melepaskan energi eksitasinya secara non – radiasi. Pada saat

melepaskan energi eksitasi, terjadi transfer energi dari molekul tersebut kepada

molekul yang lain yang ditumbuknya. Karena adanya transfer energi tersebut,

membuat molekul yang ditumbuk mengalami kenaikan energi kinetik. Adanya

kenaikan energi kinetik mengakibatkan kenaikan suhu dan tekanan. Apabila laser


38

CO2 yang digunakan, dimodulasi dengan chopper, tekanan di dalam sel

fotoakustik akan berubah secara periodik. Perubahan tekanan atau bunyi tersebut

akan diukur oleh mikrofon yang ada di dalam sel fotoakustik. Sinyal keluaran

mikrofon tersebut kemudian akan diperkuat oleh lock – in amplifier.

Detektor fotoakustik yang digunakan memiliki sensitivitas dan selektivitas

yang tinggi. Hal ini dikarenakan detektor ini dilengkapi dengan mikrofon yang

mampu menerima dan mengukur bunyi kecil yang dihasilkan. Sinyal keluaran

mikrofon tersebut, kemudian akan diperkuat oleh lock – in amplifier. Lock – in

amplifier dalam detektor ini membantu untuk menghilangkan noise atau derau

yang menyertai sinyal tersebut. Lock – in amplifier akan mengeliminasi sinyal

yang mengganggu dan mengunci sinyal yang diinginkan. Untuk mengeliminasi

sinyal yang mengganggu, frekuensi sinyal yang diinginkan, dikunci dengan

frekuensi chopper.

Sebelum digunakan untuk pengukuran, perlu dilakukan pengukuran daya

laser. Proses tersebut bertujuan untuk mengoptimasikan kerja detektor agar lebih

sensitif pada saat pengukuran. Optimalisasi tersebut dilakukan dengan cara

mengatur posisi kisi dan cermin yang digunakan.

Pada cermin yang digunakan terdapat piezo, yang dapat berpengaruh

dalam perubahan daya laser yang dihasilkan. Piezo terletak tepat dibelakang

cermin. Jika piezo diberi tegangan, maka piezo akan menggeser cermin yang

mengakibatkan panjang resonator laser akan berubah. Perubahan panjang

resonator laser tersebut akan mempengaruhi daya yang diperoleh.

Pada pengukuran daya laser yang dilakukan, arus listrik yang mengalir


39

pada detektor yang digunakan adalah 10,75 mA. Hasil pengukuran daya laser

tersebut tampak pada Gambar 4.1. Pada gambar 4.1 terdapat dua band garis daya

laser yaitu band 10R dan band 10P. Pada band 10 R diperoleh 8 garis daya laser.

Garis daya laser tertinggi pada band 10 R ini dihasilkan saat steppermotor berada

pada posisi 5263 dengan tinggi daya laser sebesar 3,5 au. Sedangkan pada band

10P diperoleh 7 garis daya laser dengan garis daya laser tertinggi dihasilkan saat

steppermotor berada pada posisi 6919 dengan tinggi daya laser sebesar 3,3 au.

Pada umumnya, satuan daya laser pada detektor fotoakustik yang

dihasilkan bersatuan watt [W]. Sinyal akustik merupakan keluaran pada detektor

fotoakustik yang memiliki satuan Volt [V]. Namun, pada penelitian ini, daya laser

pada Gambar 4.1 dan sinyal akustik yang dihasilkan bersatuan sembarang

(arbitrary unit). Hal tersebut dikarenakan alat yang digunakan belum melalui

proses kalibrasi daya dan kalibrasi alat. Meski belum terkalibrasi, alat ini dapat

digunakan dalam penelitian ini karena pada penelitian ini, yang diutamakan

adalah pengukuran konsentrasi etilen. Satuan sinyal dan daya laser tidak harus

menggunakan satuan yang sesuai.

Pada penelitian ini, dilakukan pengukuran daya dan sinyal yang pada

akhirnya menghasilkan sinyal ternormalisir. Sinyal dari hasil pengukuran

dipengaruhi oleh daya laser yang ada di dalam sel fotoakustik. Normalisasi

tersebut bertujuan untuk mengubah sinyal yang diukur per satuan daya laser.

Sinyal ternormalisir pada penelitian ini bersatuan arbitrary unit [au]. Sinyal

ternormalisir yang dihasilkan terdapat pada hasil pengukuran pada Gambar 4.2,

Gambar 4.3, dan Gambar 4.4. Hasil pengukuran tersebut disajikan dalam grafik


40

hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor.

Pengukuran sinyal ternormalisir dilakukan untuk mengetahui posisi garis

laser pada serapan etilen. Hal tersebut dilakukan dengan cara mengalirkan gas

udara pada sel fotoakustik dan dengan mengalirkan gas etilen 1 ppm pada sel

fotoakustik. Hasil pengukuran saat mengalirkan gas udara pada sel fotoakustik

tampak pada Gambar 4.2. Hasil pengukuran saat mengalirkan gas etilen 1 ppm

pada sel fotoakustik tampak pada Gambar 4.3. Kedua pengukuran tersebut

disajikan dalam bentuk grafik hubungan sinyal ternormalisir terhadap posisi

steppermotor.

Sinyal ternormalisir yang dihasilkan pada Gambar 4.2 dibandingkan

dengan sinyal ternormalisir yang dihasilkan pada Gambar 4.3. Dari hasil

pembandingan kedua pengukuran tersebut, terdapat pertambahan sinyal

ternormalisir. Pertambahan sinyal ternormalisir tersebutlah yang kemudian

digunakan untuk mengetahui posisi garis 10P14 dan 10P16 yang akan digunakan

dalam penelitian ini.

Garis laser pada serapan etilen terdapat pada band 10P. Oleh karena itu,

pengukuran dikonsentrasikan pada band 10P. Garis sinyal ternormalisir pada band

10P tersebar saat steppermotor berada pada rentang posisi 6000 – 7500. Saat

steppermotor berada pada posisi 6643 yang tampak pada Gambar 4.2, sinyal

ternormalisir yang dihasilkan sangat kecil. Namun pada Gambar 4.3 saat

steppermotor berada pada posisi yang sama, sinyal ternormalisir mengalami

pertambahan tinggi. Pertambahan tinggi sinyal ternormalisir tersebut merupakan

sinyal yang berasal dari penyerapan daya laser seluruhnya oleh gas etilen yang


41

digunakan. Semakin besar penyerapan daya laser oleh gas etilen, maka semakin

besar pula sinyal ternormalisir yang dihasilkan. Pertambahan sinyal ternormalisir

pada Gambar 4.3. merupakan garis sinyal ternormalisir tertinggi yang ada pada

band 10P. Sinyal ternormalisir tertinggi itulah yang merupakan garis laser 10P14.

Garis laser untuk serapan etilen tersebut terdapat pada saat steppermotor berada

pada posisi 6643.

Di dalam sel fotoakustik terdapat lebih dari satu jenis gas. Selain gas etilen

masih terdapat gas yang lain yang mengganggu. Gas yang lain tersebut dapat

mengganggu nilai konsentrasi gas etilen yang diukur. Untuk mengeliminasi

gangguan serapan dari gas yang lain, maka pengukuran konsentrasi gas etilen

pada penelitian ini dilakukan tidak hanya menggunakan garis 10P14 saja,

melainkan juga menggunakan garis laser 10P16. Garis laser 10P16 yang diperoleh

pada penelitian ini terdapat pada saat steppermotor berada pada posisi 6741. Pada

saat pengukuran berlangsung, garis laser 10P14 dan 10P16 akan bekerja dan

digunakan secara bergantian dalam pengukuran konsentrasi gas etilen.

Untuk menentukan konsentrasi gas etilen dengan menggunakan detektor

fotoakustik pada garis laser 10P14, dapat dilakukan dengan mengukur sinyal

ternormalisir (S/P) [au] yang dihasilkan. Hal tersebut dapat dilakukan dengan

syarat konstanta sel fotoakustik C [volt cm / watt] dan koefisien serapan etilen

αetilen [cm-1] bernilai konstan. Adapun persamaan untuk mencari konsentrasi gas

etilen adalah sebagai berikut :

1410)1410(

1

PPetilenetilen P

SC

C ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

α ………………… (4.1)


42

Persamaan 4.1 diatas dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi etilen

apabila gangguan dari gas penggangu diabaikan. Namun dalam pengukuran

konsentrasi gas etilen pada penelitian ini, gangguan tersebut tidak dapat

diabaikan. Gangguan pada pengukuran ini berasal dari gas pembawa yang

mengandung uap air. Uap air tersebut dapat menyerap energi dari daya yang

dihasilkan. Uap air tersebut memiliki konsentrasi. Konsentrasi uap air dapat

mempengaruhi nilai konsentrasi gas yang diukur. Oleh karena itu, untuk

mengukur sinyal ternormalisir dari dua jenis gas pada garis laser yang digunakan,

memenuhi persamaan 2.8. Bila persamaan tersebut diterapkan pada penelitian ini,

akan menjadi persamaan 4.2 :

( ))1410()1410(1410

PpengganggugaspengganggugasPetilenetilenP

CCCPS

−−+=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ αα … (4.2)

Selain garis laser 10P14, pengukuran juga dilakukan pada garis laser

10P16. Kedua pengukuran dengan garis laser yang berbeda akan memberikan

sumbangan pada sinyal keluaran dari mikrofon. Persamaan sinyal ternormalisir

untuk garis laser 10P16 sebagai berikut :

( ))1610()1610(1610

PpengganggugaspengganggugasPetilenetilenP

CCCPS

−−+=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ αα …. (4.3)

Pada penelitian ini, persamaan 4.2 dan persamaan 4.3 dihitung dengan

metode eliminasi. Dari perhitungan tersebut, nilai konsentrasi dari gas etilen dan

gas gangguan dapat ditentukan. Penghitungan dan penentuan nilai konsentrasi dari

gas etilen dan gas gangguan tersebut, dilakukan, diolah dan langsung ditampilkan

oleh komputer berupa nilai konsentrasi dari gas etilen dan gas penggangu.


43

Setelah posisi steppermotor yang tepat untuk garis laser 10P14 dan 10P16

diketahui, langkah selanjutnya yang harus dilakukan adalah mengukur konsentrasi

gas etilen standar. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen standar digunakan

sebagai pembanding hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel – sampel

yang digunakan dalam penelitian ini. Karena pada pengukuran konsentrasi gas

etilen standar, konsentrasi gas etilen sudah diketahui maka nilai konstanta sel

fotoakustik dapat diketahui. Pada penelitian ini besarnya nilai konstanta sel

fotoakustik sudah dicari oleh komputer saat kalibrasi berlangsung dan akan

langsung digunakan pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel.

Pengukuran konsentrasi gas etilen standar dilakukan dengan cara

mengalirkan gas etilen standar sebanyak 1 ppm ke dalam cuvet pada rangkaian

Gambar 3.7. Pada saat akan dilakukan pengukuran, gas etilen standar yang

tersedia memiliki konsentrasi sebesar 10 ppm. Gas etilen standar dengan

konsentrasi 10 ppm tidak dapat langsung digunakan karena konsentrasinya terlalu

besar. Konsentrasi gas etilen yang terlalu besar akan menghasilkan serapan yang

besar. Serapan yang besar tersebut dapat menyebabkan daya yang dihasilkannya

berkurang, bahkan hilang. Pengukuran konsentrasi yang baik terjadi bila serapan

yang dihasilkan tidak menyebabkan daya laser yang ada menjadi berkurang

bahkan hilang. Untuk menghindari hal tersebut maka gas etilen standar 10 ppm

harus diencerkan hingga memiliki konsentrasi 1 ppm. Hasil pengukuran

konsentrasi gas etilen standar 1 ppm, tampak pada Gambar 4.5.

Pada Gambar 4.5 bagian A merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas

etilen saat sel fotoakustik dialiri gas udara. Pada Gambar 4.5 bagian A tersebut,


44

tidak terdapat gas etilen. Setelah 24 menit, pengukuran tersebut dihentikan

terlebih dahulu dengan tujuan mengatur pengaliran etilen 1 ppm. Pada saat

pengukuran tersebut dihentikan, dilakukan pengenceran gas etilen standar hingga

gas etilen yang dialirkan berkonsentrasi 1 ppm. Penghentian tersebut dilakukan

selama 15 menit. Pengukuran tersebut tampak pada Gambar 4.5 bagian B. Setelah

pengaturan tersebut selesai, pengukuran dilanjutkan kembali. Pada awal

pengukuran saat dalam cuvet dialiri etilen 1 ppm, konsentrasi etilen yang diukur

belum mencapai 1000 ppb. Hal tersebut dikarenakan pada saat itu gas etilen yang

dialirkan belum sepenuhnya diukur. Setelah pengukuran dilakukan selama 5

menit, konsentrasi etilen yang dialirkan baru sepenuhnya diukur. Pengukuran saat

pada cuvet dialirkan etilen 1 ppm dilakukan selama 12 menit. Hasil pengukuran

konsentrasi gas etilen standar sebesar (1003 ± 9) ppb, tampak pada Gambar 4.5

bagian C dan Lampiran 2 (Tabel 2).

Setelah itu, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang dihasilkan

buah apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau. Pengukuran

tersebut dilakukan dengan cara meletakkan sampel tersebut pada lingkungan

udara yang mengandung 20% O2, secara bergantian.

Salah satu sampel yang digunakan dalam penelitian ini kecambah dari

proses perkecambahan sebuah biji kacang hijau. Pada saat proses perkecambahan

berlangsung, sebuah biji kacang hijau tersebut akan mengalami pertumbuhan terus

agar berubah menjadi kecambah. Pada proses tersebut, memungkinkan adanya

perubahan produksi etilen yang dihasilkan. Proses perubahan tersebut dapat

diamati. Namun, pada penelitian ini tidak dilakukan pengamatan produksi


45

konsentrasi etilen yang dihasilkan pada saat perubahan tersebut. Pada penelitian

ini, pengukuran kecambah kacang hijau dititik beratkan pada seberapa banyak

produksi etilen yang dihasilkan kecambah kacang hijau yang digunakan bila

diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2.

Gambar 4.6 menampilkan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang

diproduksi berbagai sampel yaitu buah apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah

kacang hijau. Pengukuran tersebut dilakukan untuk menunjukkan bahwa bila buah

apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau, disimpan pada lingkungan

udara yang mengandung 20% O2, akan menghasilkan gas etilen. Dalam penelitian

ini, hasil pengukuran pada Gambar 4.6 berlaku sebagai hasil penelitian

pendahuluan.

Pada Gambar 4.6. mula – mula lingkungan penyimpanan yang berupa gas

udara yang mengandung 20% O2, diukur konsentrasi gas etilennya. Dari hasil

pengukuran pada Gambar 4.6 bagian A, menunjukkan bahwa dalam pengukuran

tersebut tidak terdapat gas etilen. Setelah dilakukan pengukuran tersebut selama 5

menit 24 detik, pada cuvet diletakkan buah apel fuji sebagai sampel penghasil

etilen.

Gambar 4.6 bagian B merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen

yang diproduksi buah apel fuji ketika diletakkan pada lingkungan udara yang

mengandung 20% O2. Dari hasil pengukuran tersebut diperoleh konsentrasi gas

etilen yang berkisar antara 780 sampai dengan 850 ppb. Nilai konsentrasi tersebut

dihasilkan oleh apel fuji dengan berat 195 gr. Dari hasil tersebut di atas yang

ditampilkan pada Lampiran 3 (Tabel 3), untuk setiap 1 gram buah apel fuji,


46

konsentrasi gas etilen yang diproduksi sebesar (4,07 ± 0,03) ppb. Setelah 18 menit

36 detik dilakukan pengukuran konsentrasi untuk buah apel fuji, buah tersebut

kemudian dikeluarkan dari cuvet. Selama 10 menit 48 detik, konsentrasi gas etilen

yang diukur terus mengalami penurunan hingga tidak terdeteksi lagi. Hal ini

terjadi karena sampel penghasil etilen sudah dikeluarkan.

Setelah itu, dalam cuvet dimasukkan pisang kepok sebagai sampel

penghasil etilen. Produksi gas etilen oleh pisang kepok berlangsung selama 15

menit 36 detik. Pada Gambar 4.6 bagian C terlihat bahwa bila pisang kepok

disimpan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2, akan menghasilkan

konsentrasi gas etilen yang berkisar antara 140 sampai dengan 250 ppb. Nilai

konsentrasi tersebut dihasilkan oleh pisang kepok dengan berat 74 gr. Dari hasil

tersebut diatas yang ditampilkan pada Lampiran 4 (Tabel 4), untuk setiap 1 gram

buah pisang kepok, konsentrasi gas etilen yang diproduksi sebesar (2,3 ± 0,1) ppb.

Setelah apel fuji dan pisang kepok yang disimpan pada lingkungan udara

yang mengandung 20% O2, diukur konsentrasi gas etilennya, pada Gambar 4.6

diukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah kacang hijau bila

diletakkan pada lingkungan yang sama pula, tampak pada Gambar 4.6 bagian D.

Sebelum melakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah

kacang hijau, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan. Perhatian tersebut

ditujukan pada fakta di mana kecambah kacang hijau yang akan diukur, berukuran

kecil. Sementara itu cuvet yang digunakan cukup besar yaitu memiliki volume

0.91 liter. Karena keadaan itulah, pengukuran tidak dapat dilakukan untuk satu

kecambah kacang hijau saja. Ada kemungkinan konsentrasi yang diproduksi


47

kecambah kacang hijau tersebut bernilai sangat kecil. Oleh karena itu, pengukuran

dilakukan dengan menggunakan kecambah kacang hijau dengan berat total 50

gram. Saat 50 gram kecambah kacang hijau dimasukkan ke dalam cuvet,

kecambah tersebut memenuhi setengah dari volume cuvet yang digunakan.

Dengan itu diharapkan konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah kacang

hijau dapat diukur dengan baik.

Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah tersebut

berlangsung selama 17 menit 24 detik. Pada Gambar 4.6 bagian D terlihat bahwa

untuk kecambah kacang hijau dengan berat total 50 gram, diproduksi gas etilen

dengan konsentrasi berkisar antara 370 sampai dengan 550 ppb. Dari hasil

tersebut, untuk setiap 1 gram, produksi gas etilen yang dihasilkan kecambah

kacang hijau bernilai (8,9 ± 0,2) ppb. Dari hasil tersebut, dapat diketahui pula

produksi etilen untuk setiap kecambahnya, yaitu sebesar (0,90 ± 0,02) ppb. Data

dari pengukuran tersebut terdapat pada lampiran 5 (Tabel 5).

Setelah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi

buah apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau, dilakukan

pengukuran konsentrasi gas etilen yang dihasilkan buah apel fuji. Buah apel fuji

yang digunakan memiliki berat 200 gram. Pada pengukuran ini, buah tersebut

diletakkan pada tiga lingkungan penyimpanan yang berbeda. Ketiga lingkungan

penyimpanan yang digunakan dibedakan dari banyaknya kandungan gas Oksigen

yang terdapat pada masing – masing lingkungan. Pengaturan kandungan gas

Oksigen pada ketiga lingkungan tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh

gas Oksigen yang digunakan terhadap produksi gas etilen oleh apel fuji. Gas


48

Oksigen yang awalnya memiliki kandungan 20% dari total gas yang digunakan,

dikurangi menjadi 10% dari total gas yang digunakan, bahkan menjadi tidak ada

lagi.

Gambar 4.7 merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang

diproduksi buah apel ketika diletakkan pada dua lingkungan penyimpanan yang

berbeda. Pada pengukuran ini, awalnya buah apel yang digunakan sebagai sampel,

diletakkan pada lingkungan yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Rangkaian

yang digunakan pada situasi tersebut adalah rangkaian pada Gambar 3.5.

Peletakkan buah apel pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan

20% O2, dilakukan selama 30 menit. Hasil pengukurannya, tampak pada Gambar

4.7 bagian A. Konsentrasi gas etilen yang diproduksi saat itu berkisar antara 800

sampai dengan 880 ppb.

Setelah 30 menit, lingkungan penyimpanan buah apel tersebut diubah dari

lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20%O2 menjadi lingkungan

campuran yang mengandung 90% N2 dan 10%O2. Hasil pengukuran konsentrasi

etilen yang diproduksi buah apel yang diletakkan pada lingkungan campuran yang

mengandung 90% N2 dan 10%O2 tampak pada Gambar 4.7 bagian B. Adanya

pengubahan lingkungan udara dengan komposisi yang berbeda dengan lingkungan

penyimpanan buah apel sebelumnya, mengakibatkan pengurangan produksi gas

etilen oleh buah apel tersebut. Penurunan konsentrasi gas etilen yang diproduksi

buah apel tersebut dimulai setelah lingkungan penyimpanan buah apel diubah.

Konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel saat diletakkan pada lingkungan

campuran yang mengandung 10%O2 berkisar antara 500 sampai dengan 700 ppb.


49

Hasil tersebut diperoleh setelah dilakukan pengukuran selama 4 jam 18 menit.

Dari Gambar 4.7 terlihat bahwa ada perbedaan produksi gas etilen yang

dihasilkan buah apel saat diletakkan pada lingkungan campuran yang

mengandung 80% N2 dan 20% O2, dengan saat diletakkan pada lingkungan

campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2. Apel yang diletakkan pada

lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, memiliki

konsentrasi lebih tinggi bila dibandingkan dengan apel yang diletakkan pada

lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2.

Gas Oksigen yang terkandung pada lingkungan penyimpanan buah apel di

atas, tetap akan memicu adanya produksi gas etilen meskipun gas Oksigen yang

diberikan dalam skala kecil. Dengan masih diproduksinya gas etilen oleh apel bila

diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10%O2,

membuktikan bahwa bila buah apel tersebut diletakkan dalam lingkungan yang

mengandung gas Oksigen akan menghasilkan gas etilen.

Gambar 4.8 merupakan hasil pengukuran ketika lingkungan diubah

menjadi lingkungan yang mengadung 100% N2 dan 0% O2. Saat awal

pengukuran, buah apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung

80% N2 dan 20% O2. Peletakkan apel pada lingkungan ini berlangsung selama 30

menit. Konsentrasi gas etilen yang dihasilkan saat apel diletakkan pada

lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20%O2, berkisar antara 800

sampai dengan 880 ppb. Hasil pengukuran konsentrasi tersebut tampak pada

Gambar 4.8 bagian A.

Setelah 30 menit, lingkungan penyimpanan sampel dalam cuvet yang


50

semula lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20%O2, diubah

menjadi lingkungan yang mengandung 100% N2 dan 0% O2. Hal tersebut

dilakukan dengan cara mengubah rangkaian Gambar 3.5 menjadi rangkaian pada

Gambar 3.6.

Selama pengubahan tersebut berlangsung, pengukuran dihentikan

sementara. Penghentian pengukuran tersebut dilakukan selama 18 menit. Selama

pengukuran dihentikan, sebenarnya apel tersebut tetap mengeluarkan gas etilen,

hanya saja tidak diukur. Tidak diukurnya gas etilen yang dikeluarkan apel tersebut

mengakibatkan hasil pengukuran yang ditampilkan pada Gambar 4.8 bagian B

seolah – olah turun. Gas etilen yang dikeluarkan apel selama pengukuran

dihentikan tersebut baru diukur oleh alat yang digunakan, saat pengukuran

tersebut dilanjutkan kembali.

Setelah lingkungan penyimpanan buah berubah maka pengukuran

dilanjutkan kembali. Hasil awal saat pengukuran dilanjutkan kembali terdapat

pada Gambar 4.8 bagian C. Pada gambar tersebut ditampilkan pengukuran

konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel yang berada pada lingkungan

peralihan saat pengukuran dihentikan tadi. Gas etilen yang sudah dikumpulkan di

dalam cuvet saat pengukuran dihentikan, didorong secara perlahan oleh gas

pembawa ke dalam sel fotoakustik untuk diukur. Saat pengukuran dilanjutkan

kembali, gas dalam sel fotoakustik tersebut akan segera diukur oleh alat hingga

semua gas yang sudah dikumpulkan tadi diukur semua. Hal tersebut ditandai

dengan diukurnya konsentrasi gas etilen yang berkonsentrasi sama dengan

konsentrasi gas etilen sesaat sebelum pengukuran dihentikan. Untuk mencapai


51

kondisi tersebut, pengukuran tersebut dilakukan selama 1 jam 30 menit.

Setelah itu, apel yang kini berada pada lingkungan yang mengandung 0%

O2, diamati proses produksi gas etilennya dan diukur konsentrasinya. Proses

perubahan produksi gas etilen yang dihasilkan saat apel berada pada lingkungan

yang mengandung 0% O2, terjadi selama 5 jam 45 menit. Hasil pengukurannya

tampak pada Gambar 4.8 bagian D. Pada hasil pengukuran tersebut, gas etilen

yang diproduksi buah apel saat diletakkan pada lingkungan yang mengandung 0%

O2 akan terus mengalami penurunan hingga tidak diproduksi lagi.

Hasil pengukuran pada Gambar 4.7 bagian A dan Gambar 4.8 bagian A,

merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel saat

diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2.

Hasil pengukuran ketika apel diletakkan pada lingkungan campuran yang

mengandung 90% N2 dan 10%O2, tampak pada Gambar 4.7 bagian B. Hasil

pengukuran ketika apel diletakkan pada lingkungan yang mengandung 100% N2

dan 0% O2, tampak pada Gambar 4.8 bagian B. Pada saat buah apel diletakkan

pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, konsentrasi

gas etilen yang dihasilkan memiliki konsentrasi lebih tinggi dibandingkan dengan

bila buah apel tersebut diletakkan pada lingkungan penyimpanan yang digunakan

lainnya. Dari hasil di atas dapat diketahui bahwa perbedaan produksi gas etilen,

disebabkan oleh adanya pengaruh gas Oksigen yang terkandung dalam

lingkungan tersebut. Semakin banyak kandungan gas Oksigen yang diberikan

pada lingkungan penyimpanan yang digunakan, semakin banyak pula produksi

gas etilen oleh buah apel yang dihasilkan. Buah apel yang diletakkan pada


52

lingkungan yang mengandung banyak Oksigen akan cepat matang. Sebaliknya,

semakin sedikit kandungan gas Oksigen yang diberikan pada lingkungan

penyimpanan yang digunakan, semakin sedikit pula gas etilen yang dihasilkan.

Oleh karena itu, bila apel diletakkan pada lingkungan yang mengandung 100% N2

dan 0% Oksigen, gas etilen dapat tidak diproduksi lagi oleh buah apel tersebut.

Sebelum melakukan pengukuran konsentrasi gas etilen di atas, frekuensi

resonansi harus diset sesuai dengan medium yang ada di dalam sel fotoakustik.

Medium udara memiliki frekuensi resonansi (1720±5)Hz, sedangkan medium

Nitrogen memiliki frekuensi resonansi (1741±5)Hz [Watini,2008]. Hal tersebut

dilakukan agar pada sel fotoakustik terjadi resonansi. Dengan dilakukan

pengaturan tersebut, diharapkan hal tersebut tidak memunculkan gangguan pada

saat pengukuran berlangsung.

Pada penelitian ini, untuk mengetahui adanya perbedaan konsentrasi gas

etilen yang diproduksi buah apel saat diletakkan pada beberapa lingkungan

penyimpanan dengan kandungan gas yang berbeda, ternyata membutuhkan waktu

yang lama. Proses pengukuran konsentrasi gas etilen dari buah pada Gambar 4.7

terjadi ketika buah apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung

20% Oksigen, yang kemudian diubah menjadi lingkungan campuran yang

mengandung 10% Oksigen. Pengukuran tersebut dilakukan selama 4 jam 42

menit. Proses pengukuran konsentrasi gas etilen dari buah pada Gambar 4.8

terjadi ketika buah apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung

20% Oksigen, yang kemudian diubah menjadi lingkungan yang mengandung 0%

Oksigen. Pengukuran konsentrasi gas etilen tersebut dilakukan selama 8 jam.


53

Lamanya waktu pengukuran pada kedua gambar hasil pengukuran di atas

bertujuan untuk mengamati proses produksi gas etilen yang dihasilkan dan

mengetahui pengaruh gas Oksigen pada beberapa lingkungan penyimpanan

terhadap produksi gas etilen yang dihasilkan.

Dari data hasil pengukuran yang telah diperoleh yang tampak pada

Gambar 4.7 dan Gambar 4.8 membuktikan bahwa detektor yang digunakan

mempunyai waktu tanggap cepat dan langsung terhubung dengan tempat buah

penghasil etilen berada, sehingga detektor ini dapat digunakan secara real - time

[Santosa,2008]. Real – time berarti waktu saat pengukuran konsentrasi gas etilen

sama dengan saat sampel yang digunakan mengeluarkan gas etilen untuk setiap

waktu.

Detektor tersebut mampu mengukur gas etilen dalam konsentrasi yang

sangat kecil. Hal tersebut dapat terjadi karena detektor fotoakustik berbasis laser

CO2, memiliki sensitivitas yang tinggi. Hal tersebut tampak pada Gambar 4.8

bagian D.


54

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

Pada penelitian ini telah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang

diproduksi sampel dengan menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2.

Sampel tersebut diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan yang berbeda

dalam waktu yang lama. Dari hasil pengukuran yang diperoleh pada Gambar 4.7

dan Gambar 4.8, dapat disimpulkan bahwa :

1. Detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dapat diaplikasikan dalam


time.

2. Pengukuran konsentrasi gas etilen secara real – time dapat dimanfaatkan

untuk mengetahui proses perubahan produksi gas etilen setiap waktu

dalam usaha menghambat produksi gas etilen oleh buah.

5.2. Saran

Bila dikemudian hari akan dilakukan pengukuran konsentrasi yang serupa

maka penulis menyarankan untuk memperhatikan hal – hal berikut ini :

1. Bila sampel diletakkan pada lingkungan Nitrogen tanpa kandungan

Oksigen dalam waktu yang lama, sampel tersebut akan mengalami

proses fermentasi. Pada proses fermentasi akan dihasilkan gas alkohol.


55

Oleh karena itu, perlu dilakukan pengukuran alkohol pada kondisi

tersebut.

2. Setiap makluk hidup akan mengalami proses pernafasan. Pada proses

tersebut akan dihasilkan gas CO2. Bila akan dilakukan pengukuran

konsentrasi gas etilen dari makluk hidup, pengaruh gas CO2 tersebut

harus diperhatikan karena dapat mengganggu kerja detektor fotoakustik

berbasis laser CO2 yang digunakan. Untuk menghilangkan gas CO2

tersebut perlu dihilangkan dengan menambahkan senyawa KOH pada

saat pengukuran.


56

DAFTAR PUSTAKA

Besson, J.P. 2006. “Photoacoustic Spectroscopy for Multi-Gas Sensing Using

Near Infrared Lasers”. http:// biblion. epfl.ch/ EPFL/ theses/ 2006/ 3670/

EPFL_TH3670.pdf. Diakses pada tanggal, 12 September 2009.

Doebelin, Ernest.O. 1992. Sistem Pengukuran Aplikasi dan Perancangan. Jakarta:

Erlangga.

Krane, K. S. 1992. Fisika Modern. Jakarta : Universitas Indonesia.

Laud, B.B. 1988. Laser dan Optik Linear. Jakarta : Universitas Indonesia.

Santosa, I.E. 2008A. Pengukuran Konsentrasi Gas Menggunakan Detektor

Fotoakustik. Yogyakarta : Laboratorium Analisa Kimia dan Fisika Pusat

Universitas Sanata Dharma.

Santosa, I.E. 2008B. Spektroskopi Fotoakustik. Yogyakarta: Fisika Universitas

Sanata Dharma.

Spike, B.T. 2006. “The photoacoustic effect”. http://uw.physics.wisc.edu/~timbie/

P325/Spike_photoacoustic_effect.pdf. Diakses pada tanggal, 12

September 2009.

Watini, Katarina. 2008. Optimalisasi Detektor Fotoakustik dengan Menentukan

Frekuensi Resonansinya. Skripsi FST Universitas Sanata Dharma

Yogyakarta.


57

LAMPIRAN 1

Pada penelitian ini telah dilakukan pengukuran sinyal ternormalisir saat

pengaliran gas udara dan pengaliran gas etilen 1 ppm pada sel fotoakustik. Hasil

pengukuran sinyal tersebut tampak pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3. Dengan

membandingkan tinggi sinyal ternormalisir pada kedua gambar tersebut dapat

diketahui letak garis laser pada serapan etilen. Sinyal yang diukur dapat dilihat

pada tabel 1 di bawah ini :

Tabel 1: Data sinyal ternomalisir yang diukur untuk menentukan letak garis laser pada serapan etilen

A. Penentuan letak 10P14 Stepper motor

Daya Laser [au]

Sinyal [au]

Sinyal ternormalisir

[au] 6630 2.2 0.19 0.09

6631 2.3 0.5 0.22

6632 2.6 0.7 0.27

6633 2.8 0.8 0.29

6634 2.9 1.2 0.41

6635 3.1 1.4 0.45

6636 3.1 1.6 0.52

6637 3.2 1.8 0.56

6638 3.1 1.9 0.61

6639 3.1 2 0.65

6640 2.8 2 0.71

6641 2.7 2 0.74

6642 2.6 1.9 0.73

6643 2.3 1.8 0.78

6644 2.1 1.6 0.76

6645 1.8 1.4 0.77

6646 1.7 1.2 0.70

6647 1.7 0.9 0.53

6648 1.7 0.6 0.35

B. Penentuan letak 10P16

Steppermotor

Daya laser [au]

Sinyal [au]

Sinyal ternormalisir

[au]

6730 6 1.3 0.22

6731 5.7 1.3 0.23

6732 5.5 1.4 0.26

6733 5.3 1.4 0.26

6734 5 1.4 0.28

6735 4.8 1.3 0.27

6736 4.8 1.3 0.27

6737 4.3 1.2 0.28

6738 3.8 1.2 0.32

6739 3.2 1.1 0.34

6740 2.6 1 0.38

6741 2.1 0.9 0.43

6742 1.7 0.7 0.41

6743 1.6 0.5 0.31

6744 1.6 0.4 0.25

6745 1.7 0.2 0.12

6746 1.6 0.1 0.06


58

LAMPIRAN 2

Pada penelitian ini, kalibrasi dilakukan saat etilen 1 ppm dialirkan pada sel

fotoakustik. Untuk mengalirkan etilen 1 ppm, gas etilen standar 10 ppm

diencerkan hingga berkonsentrasi 1 ppm. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen

1 ppm ditampilkan pada tabel 2 di bawah ini :

Tabel 2: Data konsentrasi gas etilen standar 1 ppm yang diukur saat kalibrasi

NO.

Waktu [jam]Konsentrasi etilen [ppb]

1 0.04586 967.72 0.09998 971.73 0.04566 973.14 0.09998 1060.35 0.04586 1065.86 0.09998 975.57 0.04576 974.88 0.09998 981.69 0.04732 977.3

10 0.09998 979.711 0.04784 974.412 0.09998 1074.713 0.04867 1065.914 0.09998 1019.915 0.04489 1017.316 0.09998 997.917 0.04618 1006.618 0.09998 1050.919 0.04988 1036.320 0.09998 949.121 0.04758 950.4

Konsentrasi gas etilen yang diproduksi (1003±9)ppb


59

LAMPIRAN 3

Pada penelitian ini, buah apel fuji yang digunakan memiliki berat 195

gram. Buah tersebut diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20%

O2. Hasil pengukurannya ditampilkan pada tabel 3 di bawah ini.

Tabel 3 : Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi buah apel fuji

No waktu (jam) Konsentrasi untuk 195 gr apel [ppb]

Konsentrasi per 1 gr [ppb]

1 1.21288 817.1 4.22 1.22224 834.0 4.33 1.23151 795.0 4.14 1.23842 829.5 4.35 1.24762 788.3 4.16 1.25684 841.5 4.37 1.26604 783.5 4.08 1.27527 770.1 3.99 1.28446 741.0 3.8

10 1.29369 825.5 4.211 1.30289 796.9 4.112 1.31211 765.2 3.913 1.32124 740.9 3.814 1.33046 784.9 4.015 1.33967 782.5 4.016 1.34889 770.0 3.917 1.35813 747.5 3.818 1.38597 786.0 4.019 1.39516 788.0 4.020 1.40438 767.7 3.921 1.41351 766.2 3.922 1.42273 801.5 4.123 1.43193 795.4 4.124 1.44115 798.7 4.125 1.45035 791.3 4.126 1.45964 849.8 4.427 1.46891 817.6 4.228 1.52429 858.8 4.4 Konsentrasi gas etilen

yang diproduksi (794 ±6)ppb (4.07±0.03)ppb


60

LAMPIRAN 4

Pada penelitian ini, buah pisang kepok yang digunakan memiliki berat 74

gram. Buah tersebut diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20%

O2. Hasil pengukurannya ditampilkan pada tabel 4 di bawah

Tabel 4: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi buah pisang kepok

No waktu (jam) Konsentrasi etilen untuk 74 gr pisang [ppb]

Konsentrasi etilen per 1 gr [ppb]

1 1.71365 240.7 3.3 2 1.72291 214.3 2.9 3 1.73212 228.5 3.1 4 1.74133 216.7 2.9 5 1.75054 214.4 2.9 6 1.75975 203.3 2.7 7 1.7689 197.9 2.7 8 1.77803 193.2 2.6 9 1.78718 185.0 2.5

10 1.7963 183.9 2.5 11 1.80552 167.4 2.3 12 1.81464 169.9 2.3 13 1.82379 154.8 2.1 14 1.83299 154.4 2.1 15 1.84215 160.1 2.2 16 1.85134 161.3 2.2 17 1.86056 154.4 2.1 18 1.86976 149.1 2.0 19 1.87891 138.9 1.9 20 1.88804 135.4 1.8 21 1.89719 145.9 2.0 22 1.90633 142.3 1.9 23 1.91541 149.3 2.0 24 1.92461 151.6 2.0 25 1.93369 149.1 2.0 26 1.94281 157.0 2.1 27 1.95196 153.7 2.1 28 1.96109 151.9 2.1

Konsentrasi gas etilen yang diproduksi

(172 ± 6)ppb (2.3 ± 0.1)ppb


61

LAMPIRAN 5

Pada penelitian ini, kecambah kacang hijau yang digunakan memiliki berat

total sebesar 50 gram. Kecambah kacang hijau sebanyak 516 buah yang

digunakan, rata – rata memiliki berat 0.097 gram. Kecambah kacang hijau

tersebut diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Hasil

pengukurannya ditampilkan pada tabel 5 di bawah ini :

Tabel 5 : Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi kecambah kacang hijau

No waktu (jam) Konsentrasi etilenuntuk 50 gr kecambah [ppb]

Konsentrasi etilen per 1 gr kecambah [ppb]

konsentrasi etilen per 0.097 gr kecambah [ppb]

1 2.11696 381.6 7.6 0.7

2 2.12386 415.6 8.3 0.8

3 2.13306 408.7 8.2 0.8

4 2.14228 482.6 9.7 0.9

5 2.1699 423.7 8.5 0.8

6 2.17912 490.5 9.8 1.0

7 2.18832 459.1 9.2 0.9

8 2.19761 430.4 8.6 0.8

9 2.23457 452.5 9.1 0.9

10 2.24391 483.7 9.7 0.9

11 2.25306 483.1 9.7 0.9

12 2.2624 480.6 9.6 0.9

13 2.28089 400.4 8.0 0.8

14 2.29004 393.4 7.9 0.8

15 2.30853 383.2 7.7 0.7

16 2.31781 383.7 7.7 0.7

17 2.34538 390.1 7.8 0.8

18 2.35466 450.6 9.0 0.9

19 2.36388 468.8 9.7 0.9

20 2.37315 490.3 9.8 1.0

21 2.38237 466.8 9.3 0.9

22 2.39154 535.3 10.7 1.0

23 2.40076 516.5 10.3 1.0

konsentrasi gas etilen yang diproduksi

(446.6 ± 7.8)ppb (8.9 ± 0.2)ppb (0.90 ± 0.02)ppb


62

Lampiran 6

Contoh perhitungan

• Untuk satu kecambah yang digunakan dalam pengukuran ini rata – rata

memiliki berat (B) sebesar 0.097 gr. Bila untuk 1 gram kecambah,

konsentrasi etilen (C1) yang dihasilkan sebesar 7,6 ppb (Tabel 4) maka

untuk 1 kecambah, konsentrasi yang dihasilkan menjadi :

ppbCppbCBCC

etilen

etilen

etilen

7.0)097.0(6,7

.1

===

• Untuk mencari ketidakpastian pada setiap hasil perhitungan digunakan

rumus ketidakpastian yaitu :

)1()( 2

−−Σ

=nn

XXtianketidakpas i

dengan : X merupakan rata – rata dari seluruh hasil pengukuran Xi merupakan data ke i n merupakan jumlah data yang dihasilkan. Sebagai contoh perhitungan, pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang

diproduksi buah apel dengan berat 195 gram, ketidakpastian

pengukurannya sebesar :

ppbtianketidakpas 6)128(28

26297.78=

−=

Sehingga pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah

apel, dihasilkan gas etilen sebesar (794 ± 6) ppb.


aplikasi detektor fotoak ustik berbas is · pdf filelingkungan penyimpanan yang mengandung 20%...

Documents