BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Pada masa kini tingkat pencemaran udara terus meningkat baik yang dihasilkan oleh
kendaraan bermotor,
pembakaran hutan
maupun hasil dari mesin industri. Udara yang tercemar dapat merusak lingkungan dan
berpotensi mengganggu kesehatan masyarakat sekitar. Selain mengakibatkan pencemaran
lingkungan, dapat juga mengakibatkan global warming, meningkatnya suhu bumi akibat
efek rumah kaca.
1
Ozon terdiri atas tiga molekul oksigen dan amat berbahaya pada kesehatan manusia.
Secara alamiah, ozon dihasilkan melalui percampuran
cahaya ultraviolet
dengan atmosfer bumi dan membentuk suatu lapisan
ozon pada lapisan stratosfer ketinggian 50 kilometer. Pada lapisan stratosfer bermanfaat
untuk menyaring ultraviolet yang dihasilkan oleh sinar matahari tetapi pada lapisan
troposfer dapat membahayakan kelangsungan mahluk hidup termasuk manusia. Ozon telah
menjadi suatu isu aktual karena kaitannya dengan satu efek global pencemaran udara
yaitu penipisan lapisan ozon di atmosfer bumi. Ozon merupakan salah satu pencemaran
udara yang terus meningkat konsentrasinya, sehingga pengukuran ozon ini sangat penting
untuk dilakukan agar dapat diketahui tingkat konsentrasi ozon di atmosfer.
1
Metode pengukuran yang digunakan saat ini adalah neutral buffer kalium iodida
NBKI sesuai dengan standar nasional indonesia SNI untuk mengetahui konsentrasi
ozon di atmosfer, tetapi masih kurang efisien masalah data yang tidak real-time, data yang
ditampilkan bukan pada saat itu tetapi beberapa
jam bahkan
beberapa hari
sebelumnya. Dengan menggunakan sensor berbasis kristal fotonik yang tersusun dari
bahan periodik dengan indek bias yang berbeda, pengukuran dapat dilakukan secara
kontinu dan data yang diperoleh real-time karena proses pengukuran yang cepat.
2
1.2. Tujuan Penelitian
a. Menentukan panjang gelombang absorpsi gas ozon di dalam larutan penjerap.
b. Menentukan kurva real-time penjerapan gas ozon dan menghitung konsentrasi gas
ozon yang bereaksi dengan larutan penjerap.
c. Membuat kurva
kalibrasi antara
transmitansi dengan konsentrasi gas ozon yang terjerap.
d. Menentukan nilai α koefisien absorpsi
untuk desain pembuatan sensor kristal fotonik.
1.3. Manfaat Penelitian
Penelitian ini
bermanfaat untuk
mengetahui tingkat konsentrasi gas ozon yang terjerap dalam larutan penjerap KI dan
menentukan desain sensor kristal fotonik sebagai sensor gas ozon.
1.4. Perumusan Masalah
Bagaimana menentukan kurva kalibrasi pengukuran gas ozon di dalam larutan
penjerap KI
menggunakan metode
spektroskopi untuk desain sensor kristal fotonik ?
1.5. Hipotesis
Variasi konsentrasi gas ozon yang terjerap akan memberikan respon yang eksponensial
terhadap transmitansi
ketika dilewatkan
gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang tertentu.
1.6. Batasan Masalah
Penelitian ini meliputi uji penentuan panjang gelombang absorpsi gas ozon dalam
larutan penjerap KI, pengukuran konsentrasi gas ozon, sampai penentuan kurva kalibrasi
sebagai dasar pembuatan sensor kristal fotonik untuk mendeteksi gas ozon.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Definisi
Pencemaran udara adalah akibat dari adanya satu atau lebih substansi fisik, kimia,
atau biologi di atmosfer dalam jumlah yang dapat membahayakan kesehatan manusia,
hewan, dan tumbuhan, mengganggu estetika dan kenyamanan, atau merusak properti.
Pencemaran udara dapat ditimbulkan oleh sumber-sumber
alami maupun
kegiatan manusia.
2
Indeks standar pencemar udara ISPU adalah angka yang tidak mempunyai satuan
yang menggambarkan kondisi kualitas udara lingkungan di lokasi dan waktu tertentu yang
didasarkan kepada
dampak terhadap
kesehatan manusia, nilai estetika dan makhluk hidup lainnya.
2
Rentang dan batas dari nilai indeks dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1 Nilai indeks standar pencemar udara.
2
Kategori Rentang
Penjelasan Baik
– 50 Tingkat kualitas yang tidak memberikan efek bagi
kesehatan manusia atau hewan dan tidak berpengaruh pada tumbuhan, bangunan ataupun
nilai estetika
Sedang 51
– 100 Tingkat kualitas udara yang tidak berpengaruh
pada kesehatan manusia ataupun hewan tetapi berpengaruh pada tumbuhan yang sensitif, dan
nilai estetika
Tidak Sehat 101
– 199 Tingkat kualitas udara yang bersifat merugikan
pada manusia ataupun kelompok hewan yang sensitif atau bisa menimbulkan kerusakan pada
tumbuhan ataupun nilai estetika
Sangat Tidak Sehat 200
– 299 Tingkat udara yang dapat merugikan kesehatan
pada sejumlah segmen populasi yang terpapar
Berbahaya 300
– lebih Tingkat kualitas udara berbahaya yang secara
umum dapat merugikan kesehatan yang serius pada populasi
Tabel 2 Batas indeks standar pencemar udara untuk gas ozon.
2
Indeks standar pencemar udara
1 jam O
3
µgm
3
50 120
100 235
200 400
300 800
400 1000
500 1200
Udara lingkungan merupakan udara bebas di permukaan bumi pada lapisan troposfer
yang dibutuhkan
dan mempengaruhi
kesehatan manusia, mahluk hidup dan unsur lingkungan hidup lainnya.
3
2.2. Gas Ozon
Ozon memiliki bau yang menyengat sehingga keberadaannya mudah diketahui
walaupun dalam konsentrasi yang rendah. Ozon adalah gas yang secara alami terdapat di
dalam atmosfer. Masing-masing molekul ozon terdiri dari tiga buah atom oksigen dan
dinyatakan sebagai O
3
. Ozon bisa dijumpai di dua wilayah atmosfer. Sekitar 10 ozon
berada di lapisan troposfer, yaitu wilayah atmosfer
yang paling
dekat dengan
permukaan bumi dengan ketinggian 10-16 kilometer. Sekitar 90 ozon berada di lapisan
stratosfer, yaitu wilayah atmosfer yang terletak mulai dari puncak troposfer hingga
ketinggian sekitar 50 kilometer. Ozon yang berada di stratosfer sering kali disebut lapisan
ozon.
4
Konsentrasi molekul-molekul ozon di atmosfer jauh lebih sedikit dibandingkan
dengan gas-gas lainnya seperti oksigen O
2
dan nitrogen N
2
. Di lapisan stratosfir disekitar puncak lapisan ozon, terdapat sekitar
12 molekul ozon untuk setiap satu juta molekul udara. Di lapisan troposfer dekat
permukaan bumi, konsentrasi ozon lebih sedikit, berkisar antara 0.02 hingga 0.1
molekul ozon untuk setiap satu juta molekul udara. Konsentrasi tertinggi ozon permukaan
berasal dari udara yang tercemar oleh aktivitas manusia.
4
2.2.1. Dampak polusi ozon
Ozon adalah gas beracun sehingga bila berada dekat permukaan tanah berbahaya bila
terhisap dan dapat merusak paru-paru. Sebaliknya,
lapisan ozon
di stratosfer
melindungi kehidupan di bumi karena menyaring sinar ultraviolet yang dapat
menyebabkan kanker.
5
Dampak ozon terhadap kesehatan manusia adalah konsentrasi 0.3 ppm selama 8 jam
menyebabkan iritasi pada mata, konsentrasi 0.3
– 1 ppm part per million selama 3 menit sampai dengan 2 jam memberikan reaksi
seperti tercekik,
batuk, kelesuan
dan
konsentrasi 1.5 – 2 ppm selama 2 jam
mengakibatkan sakit dada, batuk-batuk, sakit kepala, kehilangan koordinasi serta sulit
ekspresi dan gerak.
5
Walaupun ozon pada atmosfer teratas melindungi bumi dari sinar ultraviolet yang
berbahaya, ozon yang mendekati permukaan tanah membahayakan makhluk hidup karena
ozon merupakan oksidan potensial dan berkontribusi bagi kabut asap fotokimia.
Selama bulan-bulan musim panas, gas ozon bisa menjadi semakin rendah keberadaannya,
memperburuk kondisi-kondisi seperti asma pada orang-orang yang rentan. Ini juga
dianggap mengganggu fotosintesis dan telah dibuktikan
menghambat pertumbuhan
beberapa tanaman pangan.
6
2.3. 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.
7
Spektrofotometer adalah instrumen yang digunakan untuk menghasilkan spektrum
optik, baik
spektrum emisi,
spektrum absorpsi, spektrum transmisi dari sebuah
benda atau objek.
8
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.
9
Gambar 1 Pengaturan alat spektrofotometer.
8
Susunan komponen dan prinsip kerja dari spektrofotometer ditunjukan pada Gambar 1
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.
8
Menurut hukum beer-lambert, serapan berbanding lurus dengan ketebalan bahan
yang disinari dan hanya berlaku untuk cahaya monokromatik dan larutan yang encer.
10
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.
7
Gambar 2 Prinsip penyerapan cahaya.
11
Transmitansi didefinisikan sebagai nisbah daya cahaya yang ditransmisikan melewati
sampel terhadap daya cahaya datang, yang diukur pada panjang gelombang yang sama
Gambar 2.
………………………...…...…1
Keterangan : T
Transmitansi P
Daya cahaya setelah menembus medium bahan watt
Po Daya cahaya yang datang watt
Besar daya cahaya yang hilang sebanding dengan Po, ketebalan medium berupa larutan
dan sebuah kons tanta absorpsivitas α.
Absorpsivitas atau
koefisien absorpsi
merupakan karakteristik material dan fungsi panjang
gelombang.
9
Persamaan Beer-
Lambert :
…………………….….2
Keterangan : Po
Daya cahaya yang datang watt P
Daya cahaya setelah menembus medium bahan watt
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
Kategori