1

STUDY AWAL FIBER OPTIK SEBAGAI SENSOR pH

Nama Mahasiswa : RAHARDIANTI AYU KHOLILAHNRP : 1106 100 042Jurusan : Fisika FMIPA-ITSDosen Pembimbing : Drs. HASTO SUNARNO, M.Sc.

Abstrak

Telah dilakukan penelitian untuk memberikan tinjauan fiber optik sebagai sensor pH dengan metode sensor pH khusus yaitu jenis sensor pH serat optik submikron. Pengambilan data yang dilakukan tanpa menggunakan sampel, menggunakan sampel HCl 1 M, dan menggunakan sampel NaOH 1 M. Diberi- kan tegangan input LED 1,7 volt, 1,8 volt dan 1,9 volt kemudian setelah mencapai keadaan stabil, tegangan output fotodiode yang terukur pada multitester dicatat secara rekaman digital.

Nilai pH yang dinyatakan sebagai nilai tegangan output fotodioda berbanding terbalik dengan nilai tegangan input LED. Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh absorbsi. Alat ini lebih peka pada asam, terlihat bahwa slope untuk asam (sampel HCl) lebih besar dari pada slope untuk basa (sampel NaOH). Alat ini juga telah bekerja dengan baik, karena perubahan tegangan input dapat diikuti secara linear oleh tegangan outputnya. Nilai slope pada hasil percobaan ini bukan angka mutlak (angka yang sebenarnya). Sehingga hasil tegangan output yang didapat itu tergantung pada tegangan input yang diberikan.

Kata kunci: serat optik, sensor pH serat optik, absorbsi.

1. Pendahuluan

Selama dua dekade terakhir, pembangu-nan aplikasi sensor kimia dan biosensor tumbuh dengan pesat. Di antara semua sensor, sensor pH telah menerima banyak perhatian karena pentingnya pengukuran pH di berbagai penelitian ilmu pengetahuan dan aplikasi praktis.

Dengan menggunakan prinsip kerja fiber optik maka dapat dirangkai suatu sensor pHsecara optik melalui elektroda kaca untuk pengukuran pH. Rangkaian ini dapat memberikan berbagai kelebihan antara lain kekebalan terhadap gangguan listrik, kelayakan dari miniaturisasi, dimungkinkannya penga-matan jarak jauh maupun melakukan pengukuran vivo.

Serat optik banyak digunakan dalam sistem komunikasi, biasanya serat optik untuk kabel transmisi cahaya. Seiring dengan per-kembangan zaman, selain sebagai transmisi cahaya, serat optik juga digunakan sebagai sensor. Prinsip dasar serat optik digunakan sebagai sensor adalah adanya karakteristik cahaya serat optik yang mempunyai intensitas, polarisasi dan fase. karakteristik-karakteristikserat optik tersebut akan mengalami perubah-

an dimensi dan indeks bias jika diberikan perlakuan seperti pembengkokan, pemberian tegangan ataupun perubahan temperatur.

Media fiber optik, merupakan media yang memiliki banyak kelebihan, terutama dari segi performa dan ketahanannya menghantar-kan data. Media ini tampaknya masih menjadi media yang terbaik saat ini dalam media komunikasi kabel. Kelebihan yang dimiliki media ini memang membuat komunikasi data menjadi lebih mudah dan cepat untuk dilakukan. media ini menjadi pilihan banyak orang untuk mendapatkan komunikasi yang berkualitas. Media ini tidak cuma mampu menggelar komunikasi antar gedung, antarblok, antar kota, tetapi media ini juga sudah sejak lama dipercaya untuk menghubungkan antar benua dan antar pulau di dunia ini. Serat optik juga telah lama dipercaya untuk menjadi media komunikasi inti (backbone) dari Internet di seluruh dunia. Untuk menghubungkan jaringan di negara satu dengan negara seberangnya, atau benua satu dengan benua lainnya, serat optik telah cukup lama berperan dalam komunikasi dunia ini. Semua itu karena kualitas koneksinya, cara kerjanya, dan

2

kekebalan informasi yang dibawa dalam media inilah yang membuatnya begitu dipercaya.

Tujuan penelitian ini adalah untuk memberikan tinjauan tentang study awal fiber optik sebagai sensor pH dengan metode sensor pH khusus jenis sensor pH serat optik submikron.

Batasan masalah yang akan diguna-kan pada penelitian ini adalah : - Sampel yang digunakan sebagai acuan

sensor pH adalah larutan HCl 1 M untuk pH asam dan larutan NaOH 1 M untuk pH basa.

- Menggunakan LED warna merah.- Menggunakan fiber optik multimode tipe

FD-620-10.- Menggunakan metode sensor pH khu- sus

jenis sensor pH serat optik sub- mikron.

2. Dasar Teori

2.1 Cahaya

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

Gambar 2.1 Cahaya adalah gelombang elektro magnetik yang dapat dibagi menjadi komponen medan listrik dan medan magnet.

Kecepatan perambatan gelombang yang dihitung dengan pengukuran medan listrik dan medan magnet diperoleh nilai yang sama dengan cepat rambat cahaya dalam ruang hampa yakni 3x108 m/s.

2.2 Serat Optik

Serat optik adalah merupakan saluran transmisi atau sejenis kabel yang terbuat dari kaca atau plastik yang sangat halus da n lebih kecil dari sehelai rambut, dan dapat digunakan untuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatu tempat ke tempat lain. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah laser atau LED.

Kabel ini berdiameter lebih kurang 120 mikrometer. Cahaya yang ada di dalam seratoptik tidak keluar karena indeks bias dari kaca lebih besar daripada indeks bias dari udara, karena laser mempunyai spektrum yang sangat sempit. Kecepatan transmisi serat optik sangat tinggi sehingga sangat bagus digunakan sebagai saluran komunikasi.

Perkembangan teknologi serat optik saat ini, telah dapat menghasilkan pelemahan (attenuation) kurang dari 20 (dB)/km. Dengan lebar jalur (bandwidth) yang besar sehingga kemampuan dalam mentransmisikan data menjadi lebih banyak dan cepat dibandingan dengan penggunaan kabel konvensional. Dengan demikian serat optik sangat cocok digunakan terutama dalam aplikasi sistem telekomunikasi. Pada prinsipnya serat optik memantulkan dan membiaskan sejumlah cahaya yang merambat didalamnya. Efisiensi dari serat optik ditentukan oleh kemurnian dari bahan penyusun gelas/kaca. Semakin murni bahan gelas, semakin sedikit cahaya yang diserap oleh serat optik.

Gambar 2.2 Serat Optik

Secara garis besar kabel serat optik terdiri dari 2 bagian utama, yaitu cladding dan core. Cladding adalah selubung dari inti (core). Cladding mempunyai indek bias lebih rendah dari pada core akan memantulkan kembali cahaya yang mengarah keluar dari core kembali kedalam core lagi.

Dalam aplikasinya serat optik biasanya diselubungi oleh lapisan resin yang disebut dengan jacket, biasanya berbahan plastik. Lapisan ini dapat menambah kekuatan untuk kabel serat optik, walaupun tidak memberikan peningkatan terhadap sifat gelombang pandu optik pada kabel tersebut. Namun lapisan resin ini dapat menyerap cahaya dan mencegah kemungkinan terjadinya kebocoran cahaya yang keluar dari selubung inti. Serta hal ini

dapat juga mengurangi cakap silangyang mungkin terjadi.

2.3 Perambatan Cahaya Di Dalam Serat Optik

Propagasi cahaya pada serat optik terjadi karena pemantulan internal sinar optik yang terjadi pada perbatasan inti dan claddingnya akibat adanya perbedaan indeks bias antara keduanya.

Menurut hokum Snellius, seberkas sinar datang dari medium dari indeks bias yang rapat menuju medium dengan indeks bias yang kurang rapat, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal bidang batas kedua bahan tersebut.

Sebagian sinar yang datang dipantuldengan sudut yang sama besar dengan sebagian lagi dibiaskan menjauhi normal dengan sudut θ2, berlaku hubungan

n1 sin θ1 = n2 sin θ2

Jika sudut dating θ1 diperbesar maka sinar bias akan semakin menjauh garis normal. Sudut kritis θc adalah sudut maksimum sinar yang memasuki serat agar sinar dapat tetap merambat sepanjang serat. Untuk ndating θ1 akan mencapai sudut kritis θ2 = 90o, sehingga

sin θc = n2

n1

Numerical aperture (NA) adalah ukuran kemampuan sebuah menangkap cahaya. NA adalah parameter yang harganya tergantung pada indeks bias inti dan cladding dan serat optik. Dengan menggunakan hokum Snellius NA dari serat optic adalah :

NA = n sin θco = n12

dimana θco adalah sudut masukkan maksdan n adalah medium cahaya serat optik, dalam hal ini adalah udara. Dan n = 1, sehingga

NA = sin θco = n12-

Cahaya pada serat optik terdistribusi ke segenap sudut ruang, sehingga semakin besar sudut θco semakin banyak cahaya yang tertampung ke dalam serat optik. Dari persamman diatas terlihat bahwa NA maupun θco tidak tergantung pada ukuran (dimensi) serat

3

cakap silang (cross talk)

n Cahaya Di Dalam Serat

Propagasi cahaya pada serat optik terjadi karena pemantulan internal sinar optik yang terjadi pada perbatasan inti dan

nya akibat adanya perbedaan indeks

Menurut hokum Snellius, seberkas sinar datang dari medium dari indeks bias yang rapat menuju medium dengan indeks bias yang kurang rapat, maka sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal bidang batas kedua

Sebagian sinar yang datang dipantulkan dengan sudut yang sama besar dengan θ1, dan sebagian lagi dibiaskan menjauhi normal

berlaku hubungan

diperbesar maka sinar bias akan semakin menjauh garis normal.

sudut maksimum sinar yang memasuki serat agar sinar dapat tetap merambat sepanjang serat. Untuk n1 > n2, sudut

akan mencapai sudut kritis θ1 = θc jika

Numerical aperture (NA) adalah ukuran kemampuan sebuah serat untuk menangkap cahaya. NA adalah parameter yang harganya tergantung pada indeks bias inti dan

dan serat optik. Dengan menggunakan hokum Snellius NA dari serat optic adalah :

2- n22

adalah sudut masukkan maksimum, dan n adalah medium cahaya serat optik, dalam

= 1, sehingga

-n22

Cahaya pada serat optik terdistribusi ke segenap sudut ruang, sehingga semakin besar

semakin banyak cahaya yang dalam serat optik. Dari

persamman diatas terlihat bahwa NA maupun tidak tergantung pada ukuran (dimensi) serat

optic. Nilai NA biasanya sekitar 0,20 sampai 0,29 untuk serat gelas, sedangkan serat plastik memiliki NA yang lebih tinggi dapat melebihi 0,5.

2.4 SensorSalah satu contoh sensor kimia yang

cukup poluler dan sering kita gunakan di laboratorium adalah sensor pH, baik yang berupa kertas lakmus atau kertas pH maupun pH meter. Dalam bagian ini sensor pH yang berupa pH meter akan dijelaskan secara ringuntuk lebih memudahkan memahami sensor kimia dan proses yang terjadi selama pengukuran pH berlangsung.

pH meter adalah pengukuran pH secara potensiometri. Sistem pengukuran dalam pH meter berisi elektroda kerja untuk pH dan elektroda refrensi. Perbeda2 elektroda tersebut sebagai fungsi dari pH dalam larutan yang diukur. Oleh karenanya larutan yang diukur harus bersifat elektrolit. Secara garis besar kerja pH meter dapat digambarkan sebagai berikut : Pada elektroda pH, potensial yang dihasilkan (biasanya dalam mV) adalah berbanding lurus dengan konsentrasi ion hydrogen (HSedangkan, elektroda/sel referensi berguna untuk mempertahankan potensial secara konstan terlepas dari adanya perubahan pH atau aktivitas ionik lainnya dalam larutan. Sedangkan jembatan garam pada sel referensi berguna untuk mempertahankan kontak listrik antara 2 elektroda selama proses pengukuran dalam pH berlangsung.

Gambar 2.3 Skema set-up eksperiment untuk FOCS

optic. Nilai NA biasanya sekitar 0,20 sampai 0,29 untuk serat gelas, sedangkan serat plastik memiliki NA yang lebih tinggi dapat melebihi

Salah satu contoh sensor kimia yang cukup poluler dan sering kita gunakan di laboratorium adalah sensor pH, baik yang berupa kertas lakmus atau kertas pH maupun pH meter. Dalam bagian ini sensor pH yang berupa pH meter akan dijelaskan secara ringkas untuk lebih memudahkan memahami sensor kimia dan proses yang terjadi selama pengukuran pH berlangsung.

pH meter adalah pengukuran pH secara potensiometri. Sistem pengukuran dalam pH meter berisi elektroda kerja untuk pH dan elektroda refrensi. Perbedaan potensial antara 2 elektroda tersebut sebagai fungsi dari pH dalam larutan yang diukur. Oleh karenanya larutan yang diukur harus bersifat elektrolit. Secara garis besar kerja pH meter dapat digambarkan sebagai berikut : Pada elektroda

dihasilkan (biasanya dalam mV) adalah berbanding lurus dengan konsentrasi ion hydrogen (H+) dalam larutan. Sedangkan, elektroda/sel referensi berguna untuk mempertahankan potensial secara konstan terlepas dari adanya perubahan pH atau

lainnya dalam larutan. Sedangkan jembatan garam pada sel referensi berguna untuk mempertahankan kontak listrik antara 2 elektroda selama proses pengukuran

up eksperiment untuk

4

Sensor kimia serat optik (fiber optic chemical sensors/FOCS) menawarkan beberapa kelebihan dibandingkan dengan jenis sensor lainnya. Diantaranya adalah ukurannya yang kecil dan ringan serta tahan terhadap gangguan elektromagnetik. Hal ini karena serat optik sensor dapat terbuat dari gelas sehingga kuat dan tahan terhadap temperatur tinggi, vibrasi, goncangan dan dapat digunakan pada lingkungan yang berbahaya sekalipun.

Kebanyakan pH sensor optik dikembangkan didasarkan pada indikator pH bergerak disubstrat padat, dan fabrikasi dalam bentuk membran atau lapisan film tipis pada padat transparan. Sebagian besar sensor pH fiber optik dibuat dengan memasangkan elemen sebagai membran ke ujung distal dari fiber optik, atau dengan lapisan film tipis langsung ke ujung distal atau lapisan inti fiber.

2.5 pH Asam Basa

Asam dan Basa merupakan dua golongan zat kimia yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Berkaitan dengan sifat asam Basa, larutan dikelompokkan dalam tiga golongan, yaitu bersifat asam, bersifat basa, dan bersifat netral. Asam dan Basa memiliki sifat-sifat yang berbeda, sehingga dapat kita bisa menentukan sifat suatu larutan. Untuk menentukan suatu larutan bersifat asam atau basa, ada beberapa cara. Yang pertama menggunakan indikator warna, yang akan menunjukkan sifat suatu larutan dengan perubahan warna yang terjadi. Misalnya Lakmus, akan berwarna merah dalam larutan yang bersifat asam dan akan berwarna biru dalam larutan yang bersifat basa. Sifat asam basa suatu larutan juga dapat ditentukan dengan mengukur pH nya. pH merupakan suatu parameter yang digunakan untuk menyatakan tingkat keasaman larutan. Larutan asam memiliki pH kurang dari 7, larutan basa memiliki pH lebih dari 7, sedangkan larutan netral memiliki pH = 7. pH suatu larutan dapat ditentukan dengan indikator pH atau dengan pH meter.

Asam adalah zat yang dalam air melepaskan ion H+. dengan kata lain, pembawa sifat asam adalah ion H+. dan dirumuskan dengan

HxZ(aq)---------»xH+(aq) + Zx-(aq)

Basa adalah zat yang dalam air menghasilkan ion hidroksida (OH-). dengan kata lain, pembawa sifat basa adalah (OH-).

M(OH)x(aq)---------»Mx+(aq) + xOH-(aq)

2.6 Fotodetektor

Fotodetektor yang baik memiliki kepekaan atau respon yang tinggi, waktu respon yang cepat, noise dari detektor yang rendah dan karakteristik dari performasi yang tidak mudah dipengaruhi oleh kondisi lingkungan.

Gambar 2.4 Fotodioda

Fotodioda berbeda dengan dioda biasa. Jika fotodioda persambungan p-n bertegangan balik disinari, maka arus akan berubah secara linier dengan kenaikan fluks cahaya yang dikenakan pada persambungan tersebut. Berdasarkan hal tersebut dapat dibuat alat untuk mendeteksi intensitas cahaya dengan memanfaatkan karakteristik fotodioda sebagai salah satu alternatif pendeteksi intensitas cahaya. Alat ini dapat dimanfaatkan bagi siswa dalam memahami tentang materi fotometri dalam pelajaran fisika.

Dalam penelitian ini diperoleh hasil bahwa fotodioda dapat berfungsi sebagai sensor untuk mengukur intensitas cahaya, dimana semakin besar intensitas cahaya (ditunjukkan kenaikan daya lampu) yang mengenainya maka arus yang dihasilkan fotodioda juga akan semakin besar. Disamping itu hasil penelitian ini menunjukkan bahwa hubungan antara arus yang dihasilkan fotodioda berubah berbandingterbalik dengan kuadrat jarak dari sumber cahaya dengan arus lampu tetap.

3. Metodologi3.1 Persiapan sampel

Sampel yang digunakan pada percobaan ini adalah Larutan HCl 1 M dan Larutan 1 M yang sudah dihitung Molarnya.

Perhitungan Molaritas di dalam Larutan HCl dan NaOH :

Larutan HCl

V1 . M1 = V2 . M

untuk : V = Volume

M = Konsentrasi Molaritas

Larutan NaOH

M = mol

V

untuk :

M = Konsentrasi Molaritas mol = Jumlah Molaritas

V = Volume gr = massa

Mr = Massa Relatif Atom

3.2 Persiapan AlatPeralatan yang digunakan pada

percobaan ini antara lain : Sumber Cahaya (LED) Serat Optik (tipe FD Avometer Power Supply Kaca tipis Mika Tipis Fotodetektor (fotodioda) pH meter

3.3 Set Up Alat

5

Sampel yang digunakan pada percobaan 1 M dan Larutan NaOH

1 M yang sudah dihitung Molarnya.Perhitungan Molaritas di dalam Larutan

. M2

M = Konsentrasi Molaritas

mol = gr

Mr

M = Konsentrasi Molaritasmol = Jumlah Molaritas

Mr = Massa Relatif Atom

Peralatan yang digunakan pada

Sumber Cahaya (LED)Serat Optik (tipe FD-620-10)

Fotodetektor (fotodioda)

4. Analisa Data4.1 Serat Optik

Serat Optik yang digunakan sebagai pemancar dan penerima cahaya pada percobaan ini merupakan Serat Optik jenis FD-620-10. Data yang diperoleh berupa tegangan output dalam (mV). Karena diameter serat optik yang digunakan cukup kecil yaitu 125 µm, maka ada sedikit kesulitan dalam proses pengambilan data. Sulitnya pengaturan posisi serat pemancar dan serat penerima agar cahaya yang datang dari LED masuk kedalam serat optik pemancar cahaya dan dapat diterima secara maksimal oleh serat penerima, proses pengambilan data ini memakan waktu yang tidak sedikit. 4.2 Perhitungan Konsentrasi Larutan

HCl dalam aquadesUntuk sampel berupa campuran antara

Aquades dan larutan HCl, dengan massa total sampel 50 ml, didapat larutan HCl 1 M.

V1 . M1 = V V1 . 12 = 50 . 1

V1= 50

12 = 4 Aquades = V = 50 = 45,9

HCl (4,166ml) + aquades (45,9

4.3 Perhitungan Konsentrasi Larutan NaOH dalam aquades

Ar Na = 23Ar O = 16Ar H = 1Mr NaOH = 40

Jumlah mol NaOH adalah

mol gr

Mr

5gr

40 0,125 mol

Konsentrasi (Molaritas) NaOH

M = mol

V

[ 1 Molar 0,125 mol

V

V = 0,125 liter = 125

NaOH(5gr) + aquades(125

Serat Optik yang digunakan sebagai pemancar dan penerima cahaya pada percobaan ini merupakan Serat Optik jenis multimode tipe

. Data yang diperoleh berupa tegangan output dalam (mV). Karena diameter serat optik yang digunakan cukup kecil yaitu

5 µm, maka ada sedikit kesulitan dalam proses pengambilan data. Sulitnya pengaturan

dan serat penerima agar cahaya yang datang dari LED masuk kedalam serat optik pemancar cahaya dan dapat diterima secara maksimal oleh serat penerima, membuat proses pengambilan data ini memakan waktu

Perhitungan Konsentrasi Larutan HCl dalam aquadesUntuk sampel berupa campuran antara

Aquades dan larutan HCl, dengan massa total sampel 50 ml, didapat larutan HCl 1 M.

= V2 . M2

. 12 = 50 . 150 ml

12 gr4,166 Aquades = V2 - V1

= 50 – 4,166= 45,9 ml

) + aquades (45,9ml) = HCl 1 M

Perhitungan Konsentrasi Larutan NaOH dalam aquades

mol

Konsentrasi (Molaritas) NaOH

liter

) + aquades(125ml) = NaOH 1 M

6

y = -0,6364x + 10,688

y = -0,5553x + 8,6656

y = -0,5037x + 7,2109

0

2

4

6

8

10

0 5 10 15

Tega

ngan

Out

put (

mV)

pH

Grafik Tegangan Output terhadap Nilai pH

Input 1,7 Volt

Input 1,8 Volt

Input 1,9 Volt

4.4 PerhitunganDari hasil pengukuran tegangan dengan

menggunakan metode sensor pH khusus, di-dapat perhitungan slope dengan menggunakan persamaan regresi linier :

Tabel 4.1 Perhitungan slope tegangan output terhadap tegangan input tanpa menggunakan sampel

X(V)

Y(mV)

Xy x2 y2

1.7 11,708 19,9036 2,89 137,0071.8 10,344 18,6192 3,24 106,9981,9 9,484 18,0196 3,61 89,946

Tabel4.2 Hasil perhitungan tanpa mengguna kan sampel

xrata-rata

(V)yrata-rata

(mV)a b (slope)

1,8 10,513 30,485 -11,095

Gambar 4.1 Grafik tegangan output terhadap tegangan input tanpa mengguna-kan sampel

Tabel 4.3 Perhitungan slope tegangan output terhadap nilai pH pada tegangan input 1,7 Volt

x y xy x2 y2

0 11,708 0 0 137,0774 8,142 48,855 16 66,30011 3,688 40,568 121 13,601

Tabel 4.4 Hasil perhitungan pada tegangan input 1,7 Volt

xrata-

rata

yrata-rata a b (slope)

5,666 7,846 11,439 -0,767

Gambar 4.2 Grafik tegangan output terhadap nilai pH pada tegangan input 1,7 Volt

4.5 PembahasanSampel asam HCl yang kita uji, terbuat

dari campuran larutan HCl dengan aquades,untuk mendapatkan HCl 1 M dan demikian pula untuk mendapatkan sampel basa NaOH 1 M. Sebelum sampel diuji, sampel diukur nilai pH masing-masing sampel terlebih dahulu dengan menggunakan pH meter. Sumber cahaya yang dipakai menggunakan LED merah dengan variasi tegangan yang diberikan pada masing-masing sampel adalah 1,7 Volt, 1,8 Volt, dan 1,9 Volt.

Gambar 4.3 Grafik tegangan output terhadap nilai pH

11,70810,3449,489

y = -11,095x + 30,485

0

5

10

15

1,6 1,8 2

Teg

anga

n O

utp

ut

(mV

)

Tegangan input (V)

Grafik Tegangan Output terhadap Tegangan Input tanpa sampel

8,1425

3,688

y = -0,6364x + 10,688

0

2

4

6

8

10

0 5 10 15

Tega

ngan

out

put (

mV)

pH

Grafik Tegangan Output terhadap Nilai pH pada Input 1,7 mV

ii bXaY ˆ

xbya

n

xx

n

xyxy

bi

i

iiii

2

2

7

y = -11,095x + 30,485

y = -14,733x + 33,113

y = -10,09x + 20,8010

5

10

15

1,6 1,7 1,8 1,9 2

Tega

ngan

Out

put (

mV)

Tegangan input (V)

Grafik Tegangan Output terhadap Tegangan Input

Dari hasil data yang diperoleh, dengan menggunakan regresi linier dapat dihitung nilai slope (kemiringan) tegangan output fotodiodaterhadap tegangan input LED dan tegangan output fotodioda terhadap nilai pH.

Gambar 4.7 menunjukkan nilai pH berbanding terbalik dengan nilai tegangan output. Semakin tinggi nilai pH maka semakin rendah tegangan output yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh pe-nyerapan (absorbsi cahaya) pada sampel uji. Atom-atom dengan valensi ion positif (pada kasus Na) lebih banyak memiliki elektron-elektron bebas dan berikatan dengan ion-ion negatif OH. Elektron bebas ini meskipun telah berikatan dengan ion negatif OH, namun pada proses pengikatan pasangan akan berlaku secara acak. Artinya, perilaku acak elektron bebas ini seperti benar-benar elektron bebas yang masih belum memiliki pasangan (apalagi setelah sampel kita ganggu seperti pengambilan memakai pipet dan lain sebagainya) tentunya ikatan ion yang kuat sekalipun bisa lepas. Sifat elektron bebas tersebut dapat menyerap energi foton yang dihasilkan oleh cahaya yang seharusnya energi foton tersebut diserap oleh fotodioda. Semakin tinggi nilai pH, berarti larutan semakin bersifat basa. Artinya, semakin banyak konsentrasi elektron bebasnya akan berakibat pada semakin banyak cahaya yang terabsorbsi. Hal ini sesuai dengan hasil percobaan yaitu nilai pH yang semakin tinggi menghasilkan tegangan output semakin rendah. Sehingga pada sampel NaOH (basa), hasil tegangan output yang didapatkan lebih rendah dari pada menggunakan sampel HCl (asam).

Pada keadaan ada sampel cairan maka yang disensor oleh alat ini adalah ikatan-ikatan atomnya. Ikatan mempunyai struktur dan masing-masing struktur sampel memiliki kerapatan yang berbeda. Sedangkan pada percobaan tanpa menggunakan sampel, hanya terdapat partikel udara yang diukur (disensor)sehingga bukan menunjukkan besaran pH.

Untuk percobaan tanpa menggunakan sampel, tidak dapat ditunjukkan nilai pHnya, karena nilai pH hanya terukur bagi suatu sampel yang berupa cairan. Tegangan output yang dihasilkan merupakan nilai normalisasialat, artinya kondisi alat sebelum diberi sampel. Berbeda dengan percobaan yang menggunakan sampel (HCl dan NaOH), karena sampel bisa diukur dengan menggunakan pH meter. Sedangkan jika tanpa sampel, kemungkinan yang ada didalam tempat sampel (glass slide)

adalah udara, padahal udara tidak dapat diukur nilai pHnya. Walaupun pada saat terdapat sampel udara nilai yang terukur dengan menggunakan pH meter, terlihat angka 7,8 yang tertera pada digital.

Gambar 4.7 juga menunjukkan ada-nya perubahan slope (kemiringan) grafik antara tegangan output terhadap pH dengan member-kan perubahan tegangan input. Pada tegangan input LED tertentu, slope bisa berubah disebab-kan karena tegangan input LED diubah. Ter-lihat bahwa slope juga mengikuti perubahan dari tegangan input. Jika tegangan input LED kecil, maka alat ini memberikan hasil slope yang besar.

Sumber cahaya yang dipakai menggunakan LED merah dengan batas variasi tegangan yang diberikan pada masing-masing sampel adalah 1,7 Volt sampai 1,9 Volt. Kami hanya mengambil batas tersebut karena batas tegangan LED merah hanya 1,4 Volt sampai 1,9 Volt. Pada saat input LED diberi tegangan 1,4 Volt dan 1,5 Volt, cahaya yang dipancarkan kurang terang (terlalu redup). Sehingga tegangan output yang dihasilkan terlalu kecil. Sedangkan pada saat input LED diberi tegangan 2 Volt, ternyata terjadi kerusakan pada LED. Karena memang batas tegangan pada LED merah kurang dari 2 Volt.

Percobaan ini menyatakan bahwa alat ini lebih peka terhadap sampel asam, ini terlihat bahwa beda tegangan output asam lebih tinggi daripada tegangan output basa. Alat ini juga telah bekerja dengan baik, karena perubahan tegangan input dapat diikuti secara linear oleh tegangan outputnya. Hal ini terlihat dari slopeketiga variasi tegangan input yang ditunjukkan pada gambar 4.7.

Gambar 4.4 Grafik tegangan output fotodioda terhadap nilai tegangan input LED

8

Pada Gambar 4.8 dapat kita lihat bahwa nilai tegangan output berbanding terbalik dengan nilai tegangan input LED. Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh absorbsi. Pada saat tegangan input LED dinaikkan, nilai tegangan output turun. Pada saat pengujian tanpa menggunakan sampel, hasil tegangan output juga berbanding terbalik dengan tegangan input LED.

Gambar 4.8 juga menunjukkan adanya perubahan slope (kemiringan). Dapat dilihat perbandingan antara slope tanpa menggunakan sampel, dan menggunakan sampel HCl maupun menggunakan sampel NaOH terdapat perubahan. Khususnya pada slope grafik untuk sampel HCl lebih besar dibanding slope grafik sampel NaOH. Hal ini disebabkan larutan basa memiliki absorbsi lebih besar dari pada larutan asam.

Seharusnya slope untuk tegangan output fotodioda terhadap tegangan input LED mengikuti slope tanpa mengguna- kan sampel. Tetapi pada gambar grafik 4.8 terlihat bahwa slope untuk asam (sampel HCl) lebih besar dari pada slope untuk basa (sampel NaOH). Hal ini menunjukkan bahwa alat ini lebih peka pada asam dan perbedaan slope ini memberikan koreksi terhadap pengaruh asam basa.

Nilai slope pada hasil percobaan ini bukan angka mutlak (angka yang sebenarnya). Sehingga hasil tegangan output yang didapat itu tergantung pada tegangan input yang diberikan.

5. KesimpulanDari hasil percobaan dan analisa

yang dilakukan dapat disimpulkan sebagai berikut :

1. Nilai pH yang dinyatakan sebagai nilai tegangan output fotodioda berbanding terbalik dengan nilai tegangan input LED. Hal ini disebabkan karena adanya pengaruh absorbsi larutan sampel.

2. Alat ini lebih peka terhadap sampel asam, terlihat dari slope grafik untuk asam (sampel HCl) lebih besar dari pada slope untuk basa (sampel NaOH).

3. Alat ini juga telah bekerja denganbaik, karena setiap perubahan tegangan input dapat diikuti secaralinear oleh tegangan outputnya.

4. Nilai slope pada hasil percobaan ini tidak menggambarkan angka mutlak (angka yang sebenarnya), sehingga hasil tegangan output yang didapat adalah tergantung pada tegangan input yang diberikan.

DAFTAR PUSTAKA

---------- 1994. Operating Instrution and Technical Manual. Measurement group inc, USA.

Ahmad, Usman. 2005. Pengolahan Citra Digital dan Teknik Pemrogramannya. Graha Ilmu, Yogyakarta.

Dally, J.W, and W.F.Riley. (1991). Experimental Stres Analysis, Third Edition. McGraw-Hill, Inc. New York.

Endang Susilo, Ali Yunus, dan Gatut Yudoyono. 2003. OPTIKA (diktat).Yanasika ITS, Surabaya.

Ika, Ucik. 2008. Evaluasi Distribusi Tegangan, Transmisi Absorbsi pada Kualitas Sun Guard dengan Metode Fotoelastisitas. Tugas Akhir, ITS. Surabaya.

Murni, A., 1992. Pengantar Pengolahan Citra. PT Elek Media Komputindo Kelompok Gramedia, Jakarta

Jenkins, F.A, and White, H.E. (1976).Fundamental of Optics. McGraw-Hill Kogakusha LTD. Tokyo.

Sunarmi, Evi. 2006. Studi Pendahuluan Fotoelastisitas Refleksi dan Transmisi pada Model Fotoelastis. Tugas Akhir, ITS. Surabaya

Young, Freedman. 2003. Fisika Universitas Jilid 2. Erlangga, Jakarta

www.wikipedia.com