Beberapa istilah yang digunakan untuk mengklasifikasikan partikulat debu dengan
mengacu pada metode pengambilan sampel udara antara lain : Suspended Particulate
Matter SPM, Total Suspended Particulate TSP, Particulate Matter 10 PM
10
dan Particulate Matter 2.5 PM
2.5
.
2
Partikel udara dalam wujud padat yang berdiameter kurang dari 2.5 µm disebut
particulate matter 2.5 PM
2.5
dan kurang dari 10 µm disebut dengan particulate matter 10
PM
10
. Menurut para pakar lingkungan dan kesehatan masyarakat, PM
2.5
dan PM
10
sebagai pemicu timbulnya infeksi saluran pernafasan,
karena pertikel padat tersebut mengendap pada saluran pernafasan daerah bronki dan
alveoli.
6
Partikel-partikel sebesar 2.5 µm atau lebih kecil dapat menimbulkan ancaman
kesehatan yang terbesar bagi manusia, karena untuk massa yang sama, partikulat tersebut
menyerap senyawa karsinogenik lebih beracun dari partikel yang ukurannya lebih
besar dan lebih mudah dalam menembus paru- paru.
7
Partikel berukuran kurang dari 2.5 µm PM
2.5
tidak disaring dalam sistem pernapasan bagian atas dan menempel pada
gelembung paru, sehingga dapat menurunkan pertukaran gas.
6
Partikel yang berdiameter antara 1-10 mikron biasanya termasuk tanah, debu dan
produk-produk pembakaran dari industri lokal, dan pada tempat-tempat tertentu juga
terdapat garam laut. Partikel yang mempunyai diameter antara 0,1-1 mikron terutama
merupakan produk-produk pembakaran dan aerosol fotokimia. Partikel yang mempunyai
diameter kurang dari 0,1 mikron belum diidentifikasi secara kimia, tetapi diduga
berasal dari sumber-sumber pembakaran.
8
Total suspended particulate adalah partikel-partikel yang tersuspensi di udara
permukaan udara ambient, mengacu pada semua partikel yang ukurannya kurang dari
100 mikrometer.
7
Partikel debu melayang- layang dalam waktu yang relatif lama di udara
kemudian masuk ke dalam tubuh manusia melalui pernafasan. Partikel debu merupakan
campuran dari berbagai bahan dengan ukuran dan bentuk yang relatif berbeda-beda,
sehingga komposisinya di udara menjadi partikel yang sangat rumit.
9
Menurut Fardiaz
8
partikel debu memiliki sifat:
1. Pengendap
Partikel yang berukuran lebih besar dari 2-40 mikron tergantung dari densitasnya
tidak bertahan terus di udara, melainkan akan mengendap. Partikel yang tersuspensi secara
permanen di udara mempunyai kecepatan pengendapan, tetapi partikel-partikel ini tetap
terdapat di udara karena gerakan udara.
2. Adsorbsi
Kemampuannya sebagai tempat adsorbsi sorbsi secara fisik atau kimisorbsi
sorbsi disertai dengan interaksi kimia.
3. Absorbsi
Jika molekul yang tersorbsi tersebut larut di dalam partikel, jenis sorbsi ini sangat
mementukan tingkat bahaya dari partikel.
4. Optik
Partikel yang mempunyai diameter kurang dari 0,1 mikron berukuran sedemikian
kecilnya dibandingkan dengan panjang gelombang sinar, sehingga partikel-partikel
tersebut mempengaruhi sinar seperti halnya molekul-molekul dan menyebabkan refraksi.
Partikel yang berukuran jauh lebih besar dari 1 mikron jauh lebih besar dari pada panjang
gelombang sinar tampak dapat menyebarkan sinar sesuai dengan penampang melintang
partikel tersebut.
Sensor Kristal Fotonik
Kristal fotonik adalah kristal buatan yang tersusun secara periodik dari material
optik dengan indeks bias yang berbeda.
10
Dalam kristal fotonik, perulangan dalam struktur terbentuk dari variasi indeks bias
bahan yang berbeda dalam struktur tersebut. Secara umum kristal fotonik dapat dibagi
menjadi tiga kategori, yaitu satu dimensi 1D, dua dimensi 2D dan tiga dimensi 3D pada
Gambar 1.
11
Kristal fotonik satu dimensi telah bisa diproduksi dan digunakan secara luas.
Struktur ini biasa digunakan secara luas dalam bidang optik lapisan tipis dan sebagai sensor.
Struktur kristal fotonik dua dan tiga dimensi masih merupakan tantangan bagi teknologi
fabrikasi. Pada kasus dua dimensi, diasumsikan gelombang datang merambat
dalam bidang x-y inplane. Struktur yang ada uniform dalam arah sumbu z dan berperiodik
dalam arah x-y Gambar 2.
11
Gambar 1. Kristal fotonik a 1D, b 2D dan c 3D
11
Gambar 2. Model kristal fotonik 2D
11
Keunggulan sensor kristal fotonik satu dimensi ini antara lain :
1. Memiliki sensitivitas tinggi
2. Dapat digunakan secara in-situ dan
rea-ltime 3.
Praktis dan mudah digunakan 4. Dapat diintegrasikan ke dalam sistem
otomatis.
5
Kristal fotonik yang digunakan sebagai sensor dalam penelitian ini adalah kristal
fotonik satu dimensi. Kristal fotonik satu dimensi berupa sistem optik periodik yang
tersusun atas unit-unit sel identik. Masing- masing unit sel tersebut terdiri dari dua atau
lebih lapisan material dielektrik dengan indeks bias rendah dan tinggi, serta dengan ketebalan
berorde panjang gelombang elektromagnetik EM operasional. Interferensi antara
gelombang transmisi dengan refleksi dapat mengakibatkan penghambatan perambatan
gelombang EM pada rentang panjang gelombang tertentu Gambar 3. Rentang ini
dikenal dengan istilah photonic band gap PBG.
5
Jika struktur kristal fotonik ini didesain memiliki satu atau lebih unit sel defect cacat,
yaitu lapisan yang memiliki ketebalan optik berbeda dengan ketebalan lapisan pada unit
sel reguler, maka akan muncul fenomena photonic pass band PPB yang menunjukkan
semacam kebocoran gelombang EM dalam rentang
PBG seperti
yang diperlihatkan pada Gambar 4. Karakteristik
PPB tersebut sangat sensitif terhadap perubahan indeks bias material pada lapisan
defect. Fenomena inilah yang dimanfaatkan untuk pembuatan sensor optik berbasis kristal
fotonik, dimana material sampel yang akan dideteksi diperlakukan sebagai lapisan defect.
5
Pada penelitian ini kristal fotonik yang digunakan adalah sensor kristal fotonik satu
dimensi dengan dua defect agar sensitivitas dari sensor ini meningkat. Model kristal
fotonik satu dimensi dengan dua defek seperti pada Gambar 5, dimana defect pertama dibuat
dua kali ketebalan indek bias yang tinggi, dan defect kedua dibuat kosong untuk material
sampel yang akan diuji.
12
Prinsip kerja sensor kristal fotonik satu dimensi yaitu dengan
merambatkan gelombang EM
di dalam kristal fotonik yang
disisipi material sampel, kemudian
diterima oleh fotodetektor. Keluaran fotodetektor tersebut diubah menjadi tegangan
listrik. Agar dapat terbaca, tegangan tersebut harus diperkuat oleh rangkaian amplifier.
Tegangan yang dihasilkan dapat dikonversi dan dikalibrasi ke dalam satuan parameter
yang dibutuhkan, misalnya gramliter, molar, volume atau bobot.
4
Gambar 3. Transmitansi kristal fotonik satu dimensi tanpa defect
13
Gambar 4. Transmitansi kristal fotonik satu dimensi dengan defect
13
Gambar 5. Model kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect
13
BAB III METODOLOGI
