Kristal Fotonik TINJAUAN PUSTAKA

α koefisien absorpsi m 2 Ɋg x ketebalan medium bahan m c konsentrasi larutan Ɋgm 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. 12

2.4. Kristal Fotonik

Kristal fotonik adalah material dielektrik yang memiliki indeks bias atau permitivitas berbeda secara periodik, sehingga dapat mencegah perambatan cahaya dengan frekuensi dan arah tertentu. 13 Kristal fotonik paling sederhana dibuat dari dua medium berseling yang transparan dengan indek bias yang berbeda. 14 Kristal fotonik dalam penjalaran gelombangnya dapat dibedakan yaitu satu dimensi, dua dimensi dan tiga dimensi seperti terlihat pada Gambar 3. Gambar 3 Bentuk kristal fotonik berdasarkan arah penjalaran gelombang. 15 Interferensi antara gelombang transmisi dengan refleksi dapat mengakibatkan pemblokiran perambatan gelombang elektromagnetik pada rentang panjang gelombang tertentu. Rentang ini dikenal dengan istilah photonic band gap PBG.16 Kurva dari PBG dapat dilihat pada Gambar 4 dengan hubungan antara panjang gelombang dengan transmitansi. Struktur kristal fotonik didesain memiliki satu atau lebih lapisan defect cacat, yaitu lapisan yang memiliki ketebalan optik berbeda dengan ketebalan lapisan reguler, sehingga muncul fenomena photonic pass band PPB seperti terlihat pada Gambar 6. Gambar 4 Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal fotonik satu dimensi tanpa defect. 17 Pada penelitian ini yang akan menggunakan adalah kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect agar sensitivitas dari sensor ini meningkat. Model kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect seperti pada Gambar 5, pada defect pertama dibuat dua kali ketebalan indek bias yang tinggi, dan defect kedua dibuat kosong untuk sampel yang akan diuji. Fenomena PBB ini mengakibatkan ada gelombang elektromagnetik yang diteruskan dalam rentang PBG Gambar 6. 16 Gambar 5 Model kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect. 18 Gambar 6 Hubungan transmitansi dan panjang gelombang pada kristal fotonik satu dimensi dengan defect. 18 Karakteristik PPB tersebut sangat sensitif terhadap perubahan indeks bias material pada lapisan defect. Fenomena inilah yang dimanfaatkan untuk pembuatan sensor optik berbasis kristal fotonik, material sampel yang dideteksi diperlakukan sebagai lapisan defect Gambar 7. 2-D 3-D 1-D Gambar 7 Ilustrasi perangkat sensor kristal fotonik mendeteksi larutan. 18 Prinsip kerja dari sensor ini adalah dengan merambatkan gelombang elektromagnetik yang dihasilkan dari sumber cahaya melewati kristal fotonik disisipi material sampel pada defect kedua, kemudian diterima oleh fotodetektor yang mengubahnya menjadi tegangan listrik. Tegangan keluaran dari fotodetektor sangat kecil sehingga tegangan tersebut diperkuat oleh rangkaian penguat. Tegangan yang dihasilkan pada prinsipnya dapat dikonversi dan dikalibrasi ke dalam satuan parameter yang dibutuhkan. 16

BAB III METODOLOGI

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilakukan mulai bulan Desember 2010 hingga Desember 2011 di Laboratorium Biofisika, Laboratorium Fisika Material Departemen Fisika, Pusat Penelitian Lingkungan Hidup PPLH, yang seluruhnya berkedudukan di Institut Pertanian Bogor. 3.2. Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah tabung isolasi gas berkapasitas 5 liter, tabung penjerap, pompa vakum, sumber ozon ozonizer, ocean optic spectrophotometer USB 4000 UV-VIS, perangkat komputer, LED ultraviolet UV 355 nm, termometer digital, flowmeter, cuvette, pipet, gelas ukur, tabung centrifuge dan beaker glass. Sedangkan bahan yang digunakan adalah aquades dan larutan penjerap KI.

3.3. Metode Pengukuran dan Pengujian

Metode pengukuran gas ozon pada penelitian ini dengan metode spektroskopi di Laboratorium Fisika Material Departemen Fisika dan hasil pengujian dibandingkan dengan hasil analisis kimia yang di uji di Laboratorium PPLH Institut Pertanian Bogor. Analisis spektroskopi ini mengacu pada standar nasional indonesia SNI tentang cara uji kadar oksidan dengan metoda neutral buffer kalium iodida NBKI menggunakan spektrofotometer Lampiran 6. .3.1. Menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon yang terjerap di dalam larutan KI Larutan penjerap dipersiapkan sebanyak 10 ml dan dimasukan ke dalam tabung penjerap yang telah disambungkan dengan pompa vakum dilakukan penghisapan dengan udara lingkungan selama satu jam. Hasil dari pengujian dianalisis dengan spektrofotometer untuk mendapatkan panjang gelombang dengan transmitansi yang paling besar perubahannya.

3.3.2. Proses penjerapan gas ozon dan

menentukan kurva real-time dengan metode spektroskopi

3.3.2.1. Pembilasan tabung

Tabung isolasi dihisap dengan pompa vakum sampai tekanan -80 kPa tanda negatif menunjukkan di bawah tekanan lingkungan, kemudian diisi dengan udara lingkungan sampai tekanan 0 kPa sama dengan tekanan lingkungan.

3.3.2.2. Proses pengisian gas ozon

Tabung isolasi kembali dihisap dengan pompa vakum sampai tekanan -40 kPa perlakuan pertama dan -70 kPa perlakuan kedua, kemudian gas ozon yang dihasilkan oleh ozonizer dimasukan ke dalam tabung dengan laju alir 2 litermenit sampai tekanan tabung 0 kPa. 3.3.2.3. Penjerapan gas ozon dengan larutan KI dan pengambilan data real-time Sumber cahaya LED UV dipasang pada ulir tabung penjerap dan serat optik yang telah dihubungkan dengan ocean optic spectrophotometer USB 4000 UV-VIS dipasang pada ulir sebelahnya, kemudian tabung penjerap dihubungkan dengan tabung gas menggunakan selang. Keran-keran yang dihubungkan dengan tabung penjerap dibuka dan gas ozon dalam tabung gas dialirkan dengan bantuan pompa sirkulasi dengan laju alir 0,4 litermenit selama 30 menit. Data diamati dan dicatat pada panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam larutan penjerap setiap 1 menit adalah transmitansi, suhu, kelembaban, laju alir dan tekanan. Setelah penjerapan selesai kurva real-time hubungan antara intensitas dan waktu dapat dibuat dan dianalisis.