Detektor Fotoakustik Spektroskopi Fotoakustik

molekul disebabkan adanya molekul lain yang memiliki waktu retensi yang hampir sama dengan waktu retensi standar.

2.4. Spektroskopi Fotoakustik

Sejalan dengan ditemukannya laser, berbagai macam teknik dan terapan spektroskopi mulai banyak dikembangkan. Spektroskopi fotoakustik merupakan salah satu bidang spektroskopi yang berkembang dengan sangat cepat [Santosa, 2008]. Spektroskopi fotoakustik berdasarkan prinsip serapan cahaya. Serapan molekul tergantung pada panjang gelombang cahaya yang digunakan. Karena itulah jenis laser yang digunakan sangat mempengaruhi pengukuran. Salah satu jenis laser yang digunakan dalam sistem fotoakustik adalah laser CO 2 . Laser ini bekerja pada panjang gelombang 9-11 µm.

2.4.1. Detektor Fotoakustik

Detektor fotoakustik digunakan untuk mendeteksi gas-gas berkadar rendah karena detektor ini sangat sensitif dan berkepekaan hingga taraf ppb part per bilion. Sistem fotoakustik mengukur langsung intensitas cahaya yang diserap oleh sampel [Santosa, 2008]. Jika frekuensi laser disamakan dengan frekuensi transisi dari molekul yang berada di dalam sel fotoakustik, sebagian molekul dengan tingkat energi yang lebih rendah akan dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Selanjutnya molekul- molekul dengan tingkat energi yang lebih tinggi akan melepaskan tenaga eksitasinya secara non radiasi. Saat proses deeksitasi secara non radiasi, molekul akan menyerahkan energi eksitasinya ke molekul yang ditumbuknya. Oleh molekul yang ditumbuknya, energi eksitasi yang diserahkan akan diubah menjadi energi translasi. Proses ini akan mengakibatkan kenaikan energi translasi. Kenaikan energi translasi inilah yang mengakibatkan kenaikan suhu dan tekanan di dalam sel fotoakustik. Apabila laser dimodulasi maka tekanan akan berubah secara periodik di dalam sel fotoakustik. Perubahan tekanan secara periodik disebut sebagai bunyi. Bunyi akan diukur menggunakan mikrofon. Kemudian keluaran mikrofon akan diperkuat oleh lock-in amplifier. Keluaran dari mikrofon disebut sinyal akustik. Daya laser akan diukur menggunakan powermeter. Bunyi ini yang selanjutnya akan disebut sinyal akustik. Selanjutnya sinyal dan daya akan diolah oleh komputer. Sinyal keluaran mikrofon dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain daya laser, koefisian serapan gas, dan konsentrasi gas. Jika di dalam sel fotoakustik hanya terdapat satu macam gas ’g’. Hubungan antara sinyal keluaran mikrofon dengan besaran-besaran di atas adalah sebagai berikut: Keterangan : S l = sinyal keluaran mikrofon [Volt] pada garis laser ‘l’ P l =daya laser pada garis laser ‘l’ [Watt]. C = konstanta sel fotoakustik C g = konsentrasi gas ‘g’ yang ada di dalam sel fotoakustik α gl = koefisien serapan gas ‘g’ pada garis laser ‘l’ [cm -1 ] PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI Kemudian diperoleh sinyal ternormalisasi dengan daya laser sebagai berikut [Santosa,2008]: Telah disebutkan bahwa sinyal keluaran mikrofon dipengaruhi oleh beberapa hal, antara lain daya laser, koefisian serapan gas, dan konsentrasi gas. Pernyataan ini sesuai dengan persamaan 2.8. Jika gas A adalah gas yang belum diketahui konsentrasinya dan gas B adalah gas yang sudah diketahui konsentrasinya. Maka konsentrasi gas A didapatkan dengan membandingkan konsentrasi gas A dengan konsentrasi gas B sesuai dengan persamaan 2.10 berikut: Jika konstanta sel fotoakustik dan koefisen serapan konstan maka konsentrasi gas A ditentukan dengan mengukur sinyal ternormalisir gas A dan sinyal ternormalisir gas B pada masing-masing garis laser sesuai dengan persamaan 2.11 berikut: Proses penyerapan yang terjadi pada detektor fotoakustik dapat dijelaskan secara sederhana dengan bagan 2.5 berikut Gambar 2.5 Bagan proses serapan cahaya pada detektor fotoakustik Laser sebagai sumber cahaya Proses penyerapan tenaga laser oleh molekul dari sampel Terjadi kenaikan tenaga translasi Kenaikan suhu dan tekanan di dalam sel fotoakustik Laser dimodulasi sehingga tekanan berubah secara periodik Sinyal akustik diukur oleh mikrofon dan daya laser diukur oleh powermeter Pengukuran konsentrasi PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2.4.2. Koefisien Serapan Gas