Gambar 6. Ilustrasi perangkat sensor kristal fotonik mendeteksi larutan
14
Kedua defect pada kristal fotonik 1 dimensi menunjukkan posisi photonic pass
band PPB dan photonic band gap PBG yang dapat divariasikan dengan mengubah
nilai indeks bias dan ketebalan masing-masing defect. Defect berperan sebagai regulator dan
reseptor. Dengan mengubah defect yang berperan
sebagai regulator,
dapat menyebabkan terjadinya perubahan panjang
gelombang yang dilewatkan oleh kristal fotonik
perubahan PPB.
Sedangkan perubahan pada defect yang berfungsi sebagai
reseptor mengubah nilai transmitansi. Aplikasi kristal fotonik satu dimensi yang diterapkan
adalah fenomena PPB dengan variasi indeks bias defect kedua reseptor yang berupa
sampel gas.
15
2.7
Metode Spektroskopi dan Hukum Beer-Lambert
Spektroskopi adalah
ilmu yang
mempelajari materi
dan atributnya
berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh
materi tersebut. Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari
interaksi antara cahaya dan materi. Interaksi dari energi radiasi dengan bahan adalah
merupakan dasar dari teori spektroskopi. Radiasi yang berasal dari sinar terdiri dari
beberapa panjang gelombang dari yang sangat pendek sampai yang sangat panjang.
16
Spektrofotometer adalah instrumen yang digunakan untuk menghasilkan spektrum
optik, baik
spektrum emisi,
spektrum absorpsi, spektrum transmisi dari sebuah
benda atau objek.
17
Spektroskopi UV-Vis
adalah teknik
analisis spektroskopik yang memakai sumber REM radiasi elektromagnetik ultraviolet
dekat 190-380 nm dan sinar tampak 380-780 nm dengan memakai instrumen
spektrofotometer.
Spektroskopi UV-Vis
melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga
spektroskopi UV-Vis lebih banyak dipakai untuk
analisis kuantitatif
dibandingkan kualitatif.
18
Susunan komponen dan prinsip kerja dari spektrofotometer ditunjukan pada Gambar 7
sumber cahaya polikromatik dihasilkan dari sumber cahaya, kemudian dilewatkan pada
monokromator prisma atau kisi difraksi sehingga menjadi cahaya monokromatik,
cahaya diteruskan pada sampel sehingga intensitas cahaya berkurang karena adanya
penyerapan oleh sampel kemudian dideteksi oleh fotodetektor dan diproses beserta
ditampilkan pada interface komputer.
17
Menurut hukum beer-lambert, serapan berbanding lurus dengan ketebalan bahan
yang disinari dan hanya berlaku untuk cahaya monokromatik dan larutan yang encer.
19
Berkas cahaya yang datang pada medium dengan daya Po dan yang menembus medium
dengan daya P. Jumlah sinar yang diserap atau diteruskan
oleh suatu
larutan adalah
merupakan suatu fungsi eksponensial dari konsentrasi larutan dan ketebalan larutan yang
disinari.
16
Transmitansi didefinisikan sebagai nisbah daya cahaya yang ditransmisikan melewati
sampel terhadap daya cahaya datang, yang diukur pada panjang gelombang yang sama
Gambar 2.
….. 2.1 Keterangan :
T = Transmitansi P = Daya
cahaya setelah
menembus medium atau bahan watt
Po = Daya cahaya yang datang watt
Gambar 7. Pengaturan alat spektrofotometer
17
Gambar 8. Prinsip penyerapan cahaya
20
Besar daya cahaya yang hilang sebanding dengan Po, ketebalan medium berupa larutan
dan sebuah konstanta absorpsivitas α. Absorpsivitas
atau koefisien
absorpsi merupakan karakteristik material dan fungsi
panjang gelombang.
18
Persamaan Beer-Lambert : ….. 2.2
Keterangan : Po = Daya cahaya yang datang watt
P = Daya cahaya
setelah menembus
medium atau bahan watt α = koefisien absorpsi m
2
g d = ketebalan medium atau bahan m
c = konsentr asi larutan gm
3
Panjang gelombang yang digunakan untuk melakukan analisis kuantitatif suatu zat
biasanya merupakan panjang gelombang yang menghasilkan serapan yang maksimum, sebab
keakuratan pengukurannya menjadi lebih besar. Hal tersebut dapat terjadi karena pada
panjang
gelombang maksimum
bentuk serapan pada umumnya landai sehingga
perubahan yang tidak terlalu besar pada kurva serapan
tidak menyebabkan
kesalahan pembacaan yang terlalu besar pula dapat
diabaikan.
21
BAB III METODOLOGI
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan mulai bulan Desember 2011 hingga Januari 2013 di
Laboratorium Biofisika, Laboratorium Fisika Material, dan Pusat Penelitian Lingkungan
Hidup PPLH yang seluruhnya berkedudukan di Institut Pertanian Bogor.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
Alat gambar terlampir pada Lampiran 1 yang digunakan dalam penelitian ini antara
lain 1.
Tabung gas berkapasitas 5 liter isolation chamber
2. Tabung penjerap
3. Tabung alir sampel flow tube
4. Pompa vakum
5. Pompa sirkulasi
6. Ocean optic spectrophotometer USB 4000
7. UV-source ocean optic
8. Software ocean optic,
9. Ozonizer
10. Selang
11. Flowmeter
12. Termometer digital
13. Pipet tetes
14. Gelas ukur
15. Serat optik
16. Masker
3.2.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain
1. Larutan kalium iodida sebagai larutan
penjerap 2.
Aquades
3.3 Prosedur Penelitian
Metode pengukuran ozon pada penelitian ini menggunakan analisis spektroskopi dan
hasilnya dibandingkan dengan hasil analisis kimia yang diuji di Laboratorium PPLH
Institut Pertanian Bogor.
3.3.1 Menentukan panjang gelombang absorbsi
Pada awalnya, spektrofotometer diatur agar penggunaannya dapat optimal. Cuvet
holder diganti dengan tabung alir. Outlet dari ozonizer dihubungkan ke bagian atas input
tabung alir menggunakan selang. Bagian bawah output tabung alir disambungkan pula
dengan selang pembuangan gas. Selang pembuangan dimasukkan ke dalam gelas
kimia yang telah diisi penjerap kalium iodida sehingga ozon yang keluar tidak mencemari
lingkungan.
Setelah dilakukan
kalibrasi terhadap
spektrofotometer, ozonizer
dinyalakan. Kemudian dilakukan pengamatan terhadap perubahan transmitansi yang terjadi
selama ozon melewati tabung alir. Data kemudian disimpan sehingga dapat ditentukan
panjang gelombang absorpsi gas ozon. Skema penentuan panjang gelombang absorbsi gas
ozon dapat dilihat pada Gambar 9.
3.3.2 Pengosongan tabung isolasi
Untuk membuat tabung isolasi menjadi lebih
kosong, tabung
isolasi disedot
menggunakan pompa vacuum sampai tekanan 70 kPa di bawah kondisi lingkungan.
3.3.3 Proses pengisian sampel gas
Selang outlet dari ozonizer dihubungkan ke tabung isolasi. Ozonizer dinyalakan
sehingga ozon masuk dan tersimpan dalam tabung isolasi.
Gambar 9. Skema pengujian
panjang gelombang
absorbsi gas ozon
Gambar 10. Skema pengujian gas ozon
3.3.4 Pengujian sampel gas
Tabung isolasi disambungkan dengan flowmeter, tabung alir, dan tabung penjerap
yang telah diisi larutan kalium iodida 10 ml sehingga membentuk sistem sirkulasi tertutup.
Udara disirkulasikan dalam tabung dengan bantuan pompa sirkulasi selama 1 jam
sehingga udara dalam tabung mengalir melalui flowmeter, tabung alir, tabung
penjerap, kembali ke tabung isolasi dan begitu seterusnya. Flowmeter diatur pada laju
0,4 Lmenit. Saat udara dari dalam tabung mengalami sirkulasi, maka gas ozon yang ikut
bersirkulasi melewati larutan penjerap kalium iodida dan terjerap di dalamnya. Sebelum
terjerap, gas ozon terlebih dahulu melewati tabung alir yang telah disambungkan ke
spektrofotometer. Selama terjadi sirkulasi udara, nilai transmitansi pada spektroskopi
diamati dan data disimpan setiap 1 menit. Selain itu, dicatat pula suhu dan kelembaban
udara selama pengujian. Skema pengujian gas ozon terlihat pada Gambar 10. Kalium iodida
yang telah menjerap O
3
dikirim ke PPLH IPB untuk
dilakukan analisis
penentuan konsentrasi O
3
.
3.4. Perhitungan
3.4.1 Volum contoh uji udara yang diambil
Volum contoh uji udara yang diambil, dikoreksi
pada kondisi
normal 25
o
C, 760 mmHg dengan menggunakan persamaan
….. 3.1 Keterangan:
V = udara yang dihisap dikoreksi pada kondisi normal 25
o
, 760 mmHg F
1
= laju alir awal Lmenit F
2
= laju alir akhir Lmenit t = durasi
pengambilan contoh
uji menit
Pa = tekanan barometer rata-rata selama pengambilan contoh uji mmHg
Ta = temperatur rata-rata
selama pengambilan contoh uji
o
K 298 = konversi temperatur pada kondisi
normal 25
o
C ke dalam satuan kelvin
760 = tekanan udara standard mmHg. 3.4.2 Konsentrasi oksidan
Konsentrasi oksidan dalam contoh uji dapat dihitung dengan persamaan
….. 3.2 Keterangan:
C = konsentrasi oksidan di udara gNm
3
a = jumlah oksidan dalam contoh uji yang diperoleh dari kurva kalibrasi g
V = volum udara yang dihisap dikoreksi pada kondisi normal 25
o
, 760 mmHg
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
Karakterisasi Absorpsi Gas Ozon
Spektrum absorpsi gas ozon tanpa
penjerap ditampilkan pada Gambar 11. Dengan T1 adalah transmitansi untuk ulangan
pertama, T2 adalah transmitansi ulangan ke dua, T3 adalah transmitansi untuk ulangan ke
tiga, dan selanjutnya. Secara keseluruhan selang panjang gelombang untuk serapan gas
ozon berada pada 220
– 300 nm rentang panjang gelombang UV-C. Puncak serapan
gas ozon masing-masing pengujian berbeda dan ditunjukkan pada Tabel 5 dengan
panjang gelombang rata-rata serapan adalah 254,889 nm. Pada pengujian, karakterisasi
tidak dilakukan tepat pada panjang gelombang tersebut melainkan pada panjang gelombang
255,070 nm karena pada spektroskopi yang digunakan tidak terdapat panjang gelombang
yang tepat 254,889 nm. Panjang gelombang
