3. Pengenceran
Proses pengenceran dilakukan dengan menambahkan 0,5-1 ml akuades
secara terus menerus setiap interval waktu tertentu hingga mencapai nilai
transmisi yang stabil pengenceran hingga penambahan 10 ml akuades.
N
i o entrasi pada saat pengenceran ad a
ila k ns al h
C C
5 Keterangan :
C
o
adalah konsentrasi TSP µgm
3
; C
i
adalah konsentrasi terukur
menggunakan sensor kristal fotonik satu dimensi µgm
3
; V
o
adalah volume penjerap setelah sampling pada konsentrasi C
o
ml; V
i
adalah volume penjerap + penambahan penjerap untuk Ci ml;
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Karakterisasi
Total Suspended Particulate TSP
Karakterisasi TSP menggunakan metode spektrometri. Spektrometri merupakan
teknik yang digunakan untuk mengukur konsentrasi suatu zat berdasarkan
spektroskopi. Spektroskopi adalah bidang
ilmu yang mempelajari interaksi antara radiasi dan materi sebagai fungsi panjang
gelombang.
14
Analisis ini menghasilkan panjang gelombang absorbsi. Panjang
gelombang absorbsi diperoleh dari perubahan transmitansi sampel jerapan TSP.
Transmitansi merupakan fraksi daya yang masuk dan yang diteruskan oleh sampel.
15
Sampel TSP
Dalam karakteristik spektrometri ini, TSP diperoleh dari asap kendaraan bermotor
roda dua, dihisap dengan pompa vakum dan dijerap dalam tabung penjerap berdiameter
2,4 cm dan tinggi 12,1 cm. TSP yang dijerap dengan akuades menjadi suatu campuran,
karena jerapan yang dihasilkan tidak bereaksi. Campuran yang dihasilkan dalam penelitian
ini tidak berwarna atau transparan dan tidak berbau.
Hasil spektroskopi TSP
Analisis spektroskopi dilakukan melalui pengukuran transmitansi dengan
menggunakan ocean optics spectrophotometer UV-Vis USB 4000. Hasil pengukuran
transmitansi TSP ditunjukkan sebagai Gambar 6.
Pada Gambar 6 terlihat bahwa transmitansi akuades sebagai blanko, diatur
sedemikian sehingga menunjukkan transmitansi 100 pada panjang gelombang
cahaya tampak. Transmitansi akuades 100 digunakan sebagai kalibrasi untuk
memperoleh transmitansi TSP. Hasil pengukuran transmitansi TSP menunjukkan
bahwa tidak ada perubahan bentuk spektrum transmisi yang menyolok, hanya intensitas
transmitansi yang berubah nyata pada rentang cahaya tampak 400 – 800 nm, turun kurang
lebih menjadi 80–85 T seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Absorbansi
campuran TSP naik hingga 0,1 a.u arbitrary unit ditunjukkan pada Gambar 7.
Dalam hukum Beer Lambert, absorbansi didefenisikan sebagai logaritma
berbasis 10 dari kebalikan transmitansi.
15
Transmitansi sebagai persentase cahaya yang mampu melewati sampel maka absorbansi
Gambar 7, menunjukkan kuantitas cahaya yang diserap oleh sampel.
Hasil karakterisasi TSP dengan metode spektrometri yang terjerap dalam
akuades, menunjukkan bahwa TSP menyerap cahaya yang dilewatkan sehingga cahaya yang
merambat lebih sedikit dibandingkan jika melewati akuades. Hal ini merupakan sifat
partikulat yaitu sifat absorbsi spektrum EM. Hasil pengujian menunjukkan TSP terdeteksi
pada semua panjang gelombang cahaya tampak. Oleh karena itu agar pengukuran
terfokus pada satu panjang gelombang, maka dipilih panjang gelombang 535 nm sebagai
panjang gelombang operasi. Panjang gelombang operasi sebagai acuan untuk
desain dan fabrikasi sensor. Pemilihan panjang gelombang operasi 535 nm sebagai
puncak PPB berkaitan dengan ketersediaan sensor kristal fotonik satu dimensi yang sudah
diproduksi.
Hasil pengujian sensor kristal fotonik satu dimensi yang sudah diproduksi, dengan
cahaya polikromatik dan monokromatik sebagai sumber cahaya, menunjukkan
intensitas cahaya tertinggi puncak PPB tertinggi pada panjang gelombang 533,16
nm. Terdapat perbedaan hasil yang diharapkan desain sensor 535 nm dengan
hasil fabrikasi 533,16 nm. Hal tersebut disebabkan karena adanya tooling factor
faktor deviasi dari alat saat fabrikasi sensor.
Gambar 6. Hubungan transmitansi akuades dan sampel
Gambar 7. Hubungan absorbansi sampel dan panjang gelombang
Gambar 8. Intensitas cahaya polikromatik dan monokromatik Hasil pengujian jenis sumber cahaya
polikromatik dan monokromatik, menunjukkan intensitas PPB dari sumber
cahaya monokromatik lebih tinggi dari pada intensitas PPB dari sumber cahaya
polikromatik Gambar 8. Sumber cahaya monokromatik yang digunakan berupa light
emiting diode LED berwarna hijau. Cahaya warna hijau berada pada panjang gelombang
500 - 560 nm.
15
Sumber cahaya ini bisa
digunakan untuk deteksi TSP karena panjang gelombang deteksi pada 533,16 nm masih
berada pada selang 500 – 560 nm.
Konsentrasi TSP secara Gravimetri TSP diperoleh dari udara permukaan
lingkungan. Udara dihisap melalui filter di dalam shelter HVAS dengan menggunakan
pompa vakum laju alir tinggi sehingga partikulat terkumpul di permukaan filter.
Filter digunakan sebagai media pengumpulan partikulat.
5
Penelitian ini dilakukan di Gerbang utama Kampus IPB Dramaga Bogor.
Pengambilan TSP secara gravimetri menggunakan HVAS dengan laju alir rata-
rata 1,1 m
3
menit selama 60 menit. Setelah pengambilan sampel, filter yang berada di
dalam shelter HVAS ditimbang kembali. Selisih massa filter sesudah dan sebelum
digunakan, merupakan massa TSP yang terperangkap. Pengukuran ini dilakukan
bersamaan dengan uji kepekaan kristal fotonik satu dimensi.
Konsentrasi TSP yang didapatkan adalah 200,868 µgm³ dilakukan pada suhu
36,7–37,7
o
C dan tingkat kelembaban udara 36–40. Pengukuran berikutnya diperoleh
konsentrasi TSP 120,512 µgm³ dilakukan pada suhu 36,6–37,6
o
C dan tingkat kelembaban udara 35–38.
Berdasarkan SNI 19-7119.3-2005
4
, dinyatakan jumlah minimum partikel yang
dideteksi HVAS dengan metode gravimetri adalah 3 µg dengan tingkat kepercayaan 95
dan alat dioperasikan dengan laju alir rata-rata 1,7 m
3
menit selama 1440 menit 24 jam, maka hasil yang didapatkan adalah 1-2 µgm
3
.
Kepekaan Sensor Kristal Fotonik Satu Dimensi
Pengujian karakteristik optik dan kepekaan sensor kristal fotonik satu dimensi
dilakukan dengan mengukur transmisi cahaya yang diterima fotodetektor. Fotodetektor
digunakan untuk menangkap pancaran cahaya dari sumber cahaya, yang mampu melewati
sampel. Fotodetektor yang digunakan adalah fotometer dari ocean optics
spectrophotometer UV Vis USB 4000 dan fotodioda. Sensor kristal fotonik yang
digunakan dalam penelitian ini adalah sensor kristal fotonik satu dimensi dengan dua defect
cacat. Penjerap dan sampel yang diuji merupakan defect kedua.
12
Gelombang EM yang dilewatkan di dalam kristal fotonik satu dimensi yang
disisipi penjerap dan sampel, diterima oleh fotodetektor. Transmisi cahaya yang diterima
spektrofotometer berupa intensitas cahaya dalam satuan counts
yang kemudian dikonversi menjadi Wattm
2
. Transmisi cahaya yang diterima oleh fotodioda berupa
tegangan yang terbaca pada voltmeter. Besar kecilnya tegangan yang dihasilkan oleh
fotodioda tergantung besar kecilnya pancaran cahaya yang diterima fotodioada, demikian
juga intensitas cahaya yang diterima spektrofotometer. Intensitas transmisi cahaya
yang diterima oleh fotodetektor dipengaruhi oleh konsentrasi sampel pada defect dua.
Spektrum representatif transmisi cahaya yang diterima oleh spektrofotometer
selama 60 menit secara real-time ditunjukkan pada Gambar 9. Hasil pengukuran
menunjukkan munculnya fenomena PPB pada daerah PBG pada panjang gelombang operasi
533,16 nm. Gambar 9 memperlihatkan intensitas transmisi cahaya intensitas PPB
tertinggi pada saat kalibrasi awal, kondisi belum ada TSP yang terjerap yaitu sebelum
penyedotan udara. Puncak-puncak intensitas cahaya saat penjerapan real-time
dihubungkan terhadap waktu pengambilan sampel, ditunjukkan pada Gambar 10.
Intensitas cahaya berupa tegangan yang dihasilkan oleh fotodioda dari pancaran
cahaya yang mengenainya secara real-time ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 10 menunjukkan intensitas cahaya pada titik awal sebelum pengambilan
sampel lebih tinggi dibandingkan intensitas cahaya setelah dua menit, penurunan
intensitas yang ditunjukan cukup besar dari 106,03 x 10
3
Wattm
2
menjadi 76,95 x 10
3
Wattm
2
. Keadaan ini disebabkan kondisi awal pengambilan sampel dari pompa
vakum belum stabil. Setelah dua menit, intensitas transmisi cahaya yang melewati
jerapan menurun perlahan, karena laju alir penyedotannya kecil, yaitu 0,4 Litermenit.
Gambar 11 menunjukkan tegangan yang dihasilkan fotodioda selama satu jam
pengambilan sampel semakin kecil. Hal tersebut, menunjukkan bahwa semakin lama
waktu pengambilan sampel, maka intensitas transmisi cahaya yang diterima
spektrofotometer dan fotodioda cenderung semakin menurun, karena semakin banyak
TSP yang terjerap. Sehingga pancaran cahaya yang mampu melewati jerapan dan yang
diterima fotodetektor semakin sedikit. Ketika cahaya melewati medium yang mengandung
partikulat tersuspensi, mengakibatkan intensitas menurun sebagai hasil adanya
penyerapan dan hamburan.
16
Apabila seberkas sinar ditembuskan kedalam cairan yang tak
menyerap sinar, maka sebagian sinar dihamburkan. Jika cairan pelarut menjadi
tidak homogen oleh penambahan suatu molekul maka akan terjadi peningkatan
hamburan.
17
Gambar 9. Spektrum representatif transmisi cahaya pada daerah PBG saat pengambilan sampel
Gambar 10. Hubungan intensitas cahaya yang melewati sampel dan waktu
Gambar 11. Hubungan tegangan keluaran fotodioada dan waktu
Pada selang waktu tertentu intensitas cahaya yang ditunjukkan dalam Gambar 10
dan Gambar 11 terlihat turun-naik. Hal ini karena TSP yang dijerap dalam penjerap
menjadi campuran yang tidak homogen karena partikulat-partikulat yang terjerap
mengendap. Menurut Fardiaz
8
dan Pudjiastuti
9
salah satu sifat partikel debu adalah dapat mengendap. Kecepatan pengendapan
ditentukan dari ukuran dan densitas partikel serta aliran turbulensi udara. Semakin besar
ukuran partikel, maka pengendapannya semakin cepat.
8
Partikel debu yang cenderung selalu mengendap karena gaya gravitasi
bumi.
9
Naik-turunnya intensitas cahaya juga dapat dipengaruhi oleh sumber TSP. Sumber
utama partikel debu adalah dari pembakaran bahan bakar.
8
Pada saat pengambilan sampel, kendaraan yang menggunakan bahan bakar
yang melintas tidak menentu dan tidak sama tiap waktu. Diduga saat tertentu dalam selang
satu jam, udara yang masuk ke dalam penjerap tidak mengandung TSP, karena
pengaruh sumber TSP.
Pengukuran intensitas cahaya secara real-time di lapangan dengan laju alir
penyedotan TSP 4.10
-4
m
3
menit 0,4 litermenit selama 60 menit. Pengukuran ini
dilakukan bersamaan dan kondisi yang sama dengan pengambilan TSP secara gravimetri.
Konsentrasi TSP yang diperoleh secara gravimetri 120,512 µgm³, pengambilan
sampel ini bersamaan dengan pengukuran transmisi cahaya
yang diterima spektrofotometer secara real-time. Sehingga
dengan analisis perbandingan laju alir diperoleh konsentrasi TSP yang terjerap
sebanyak 0,0438 µgm³, dengan spektrofotometer sebagai fotodetektor. Secara
gravimetri konsentrasi TSP yang terperangkap 200,868 µgm³, dilakukan bersamaan dengan
pengukuran transmisi cahaya yang diterima fotodioda secara real-time. Sehingga dengan
analisis perbandingan laju alir diperoleh konsentrasi TSP yang terjerap sebanyak 0,073
µgm³, dengan fotodioda sebagai fotodetektor.
Jerapan TSP yang diperoleh diencerkan, untuk mendapatkan nilai transmisi
cahaya dan nilai konsentrasi saat pengenceran. Pengenceran dilakukan dengan penambahan
0,5 – 1 ml akuades ke dalam tabung penjerap yang berisi jerapan TSP. Intensitas transmisi
cahaya yang diterima spektrofotometer saat pengenceran berupa kurva fenomena PPB
pada daerah PBG, ditunjukkan pada Gambar 12. Intensitas transmisi cahaya yang diterima
fotodetektor dihubungkan terhadap penambahan akuades ditunjukkan pada
Gambar 13. Tegangan yang dihasilkan oleh fotodioda dari transmisi cahaya yang
diterimanya saat pengenceran ditunjukkan pada Gambar 14.
Gambar 12. Spektrum representatif transmisi pada daerah PBG saat pengenceran
Gambar 13. Hubungan intensitas cahaya yang melewati sampel dan volum penambahan akuades
Gambar 14. Hubungan tegangan keluaran fotodioda dan volum penambahan akuades Gambar 13 dan Gambar 14,
memperlihatkan bahwa intensitas transmisi cahaya terendah diperoleh sebelum
penambahan akuades ke dalam jerapan. Hal ini karena partikulat-partikulat yang berada di
dalam jerapan menyerap cahaya yang mengenainya sehingga yang dilewatkan
sedikit. Berdasarkan kedua gambar tersebut dapat dilihat bahwa semakin banyak
penambahan akuades maka terjadi peningkatan intensitas cahaya yang diterima
oleh fotodetektor. Pada penambahan akuades pertama kali dengan penambahan akuades
kedua kali Gambar 13, terjadi peningkatan intensitas transmisi cahaya yang cukup besar.
Demikian juga Gambar 14, terjadi peningkatan tegangan yang relatif tinggi
antara penambahan akuades ke 18 kali dengan penambahan akuades ke 19 kali. Peningkatan
yang cukup tinggi ini dimungkinkan karena pergeseran sumber cahaya. Dan juga karena
jerapan yang dihasilkan bukan berupa larutan yang homogen. Sehingga setelah penambahan
akuades, jerapan tidak langsung menjadi campuran yang merata mengakibatkan
peningkatan intensitas cahaya yang ditansmisikan tiap penambahan akuades tidak
sama.
Penambahan akuades mengakibatkan konsentrasi TSP yang berada di dalam jerapan
semakin sedikit. Konsentrasi pengenceran diperoleh dari perbandingan volume jerapan
sebelum penambahan akuades dengan sesudah penambahan akuades terhadap konsentrasi
awal jerapan. Konsentrasi pengenceran dihubungkan terhadap intensitas transmisi
cahaya yang mampu melewati jerapan, ditunjukkan pada Gambar 15 dan Gambar 16.
Gambar 15. Hubungan intensitas cahaya yang melewati sampel dan konsentrasi TSP
Gambar 16. Hubungan tegangan keluaran fotodioda dan konsentrasi TSP Pada kurva pengenceran Gambar 13
dan Gambar 14, kenaikan intensitas cahaya yang diterima fotodetektor tidak stabil, karena
campurannya tidak homogen. Partikulat- partikulat yang sudah dijerap diduga
menghamburkan cahaya. Gelombang cahaya yang menumbuk suatu permukaan medium
transparan pada umumnya akan dipantulkan. Dari sifat optik partikulat, partikulat dapat
mempengaruhi sinar dan menyebabkan pembiasan.
8
Dapat diduga juga karena kepekaan dari sensor dan gangguan sistem
lingkungan. Hasil analisis regresi linear dari kurva
pengenceran konsentrasi terhadap intensitas transmisi cahaya yang diterima
spektrofotometer sebagai fotodetektor menunjukkan nilai sensitivitas sebesar 401,1
10
3
Wattm
2
µgm³ dengan koefisien determinasi 76,0 pada selang konsentrasi
0,0213 - 0,0438 µgm³. Fotodioada sebagai fotodetektor diperoleh nilai sensitivitasnya
sebesar 891,5 mVµgm³ dengan koefisien determinasi 74,6 pada selang konsentrasi
0,0356 - 0,0730 µgm³. Gambar 15 dan Gambar 16 menunjukan hubungan antara
perubahan konsentrasi TSP yang terjerap terhadap intensitas transmisi cahaya yang
diterima oleh fotodetektor adalah berbanding terbalik. Semakin banyak TSP yang terjerap
maka intensitas transmisi cahaya yang diterima fotodetektor semakin sedikit,
demikian pula sebaliknya.
Berdasarkan persamaan garis linear dari Gambar 15 dan Gambar 16 dapat
diperoleh nilai konsentrasi saat pengambilan sampel secara real-time. Nilai intensitas
transimisi cahaya dari Gambar 10 dimasukkan ke dalam persamaan Gambar 15 dan nilai
tegangan Gambar 11 dimasukkan ke dalam persamaan Gambar 16. Intensitas transmisi
cahaya dan tegangan, sebagai nilai pada variabel sumbu Y dari persamaan Gambar 15
dan Gambar 16. Sehingga nilai yang diperoleh sebagai nilai pada variabel sumbu X adalah
nilai konsentrasi. Nilai-nilai konsentrasi yang diperoleh dari persamaan, dihubungkan
terhadap waktu pengambilan sampel. Nilai konsentrasi saat pengukuran intensitas cahaya
dengan spektrofotometer ditunjukkan pada
Lampiran 15 dan nilai konsentrasi saat pengukuran tegangan ditunjukkun pada
Lampiran 16. Nilai konsentrasi menit ke 60 dari Lampiran 15 dan Lampiran 16, berbeda
dengan nilai konsentrasi dari hasil pengukuran. Hal ini karena nilai konsentrasi
Lampiran 15 dan Lampiran 16 diperoleh dari pendekatan persamaan garis linear dan dapat
pula diakibatkan karena adanya deviasi alat dan hasil perhitungan.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
