Penggunaan detektor fotoakustik untuk pengukuran konsentrasi etanol yang diproduksi oleh apel yang disimpan dalam gas nitrogen

PENGGUNAAN DETEKTOR FOTOAKUSTIK UNTUK PENGUKURAN KONSENTRASI ETANOL YANG DIPRODUKSI OLEH APEL YANG

DISIMPAN DALAM GAS NITROGEN

Tugas Akhir

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains

Jurusan Fisika

Oleh:

Lulu Qiuntriani Jisura NIM : 053214005 PROGRAM STUDI FISIKA

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

ii

THE USAGE OF PHOTOACOUSTIC DETECTOR IN THE MEASUREMENT OF ETHANOL CONCENTRATION PRODUCED BY

APPLE SITUATED IN NITROGEN GAS

A THESIS

Presented as Partial Fulfillment of the Requirements To Obtain The Sains Degree

In Physics Department

by :

Lulu Qiuntriani Jisura NIM : 053214005

PHYSICS STUDY PROGRAM PHYSICS DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA 2010

HALAMAI\I

PERSATUJUAIT

TUGAS AI(HIR

PENGGTJNAAF{

DETEIffOR

F'OTOAKUSTIK T]NTTJK PENGUKTJRAN KONSENTRASI ETAI\IOL YAIYG DIPRODUKSI

OLEH APEL YANG

I}ISIMPAI\

DAI,AIVI GAS

MTROGEN

;i'

tT

frlorwni

z-o{o

lll *ds'

r3"u"f #Jt#

.,q€l

$Ps

"4eg

&k

-d

W

4

_&

4

v"

#

v

“K ekuatan terbesar yang mampu mengalahkan

stress adalah kemampuan memilih pikiran yang

tepat. S emua akan menjadi lebih damai bila yang

anda pikirkan adalah jalan keluar masalah”

[M ario T eguh]

”Banyak kegagalan dalam hidup ini dikar enakan

or ang- or ang t idak m enyadar i bet apa dekat nya

m er eka dengan keber hasilan saat m er eka

m enyer ah” [Thom as Alfa Edison]

”Or a ng besa r bu ka n or a ng or a n g ya ng ot a kny a

s empur n a , t et a p i or a ng ya ng men ga mbi l seba i

vi

K u p e r se m b a h k a n k a r y a i n i k e p a d a :

A L L A H SW T

y ang sel al u meny er t ai set iap l angkah

h id upku dan sel al u mend engar kan

per moh onanku

Kedua or ang t ua, dan saudar aku

t er cint a

PERNYATAAN KEASLIAN

KARYA

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang saya tulis ini tidak

memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah disebutkan dalam

kutipan dan daftff pustakq sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakart4 27 Februari 2010

LEMBAR PERNYATAAN

PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA

ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama

:

Lulu Qiuntriani Jisura

Nomor

Mahasiswa

:

053214005

Demi pengembangan ilmu pengetatruan" saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

PNNGGUNAAN DETEKTOR T'OTOAKUSTIK UNTUK PENGUKURAN KONSENTRASI

ETANOL VANG

DIPRODUKSI OLAH APEL YANG DISIMPAN DALAM GAS NITROGEN

Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma

hak

untuk

menyimparl mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data" mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta

ljin

dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantunrkan nzlrna saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal:27 Februari 2010

(L _{Qiuntriani jisura)}

ix

INTISARI

PENGGUNAAN DETEKTOR FOTOAKUSTIK UNTUK

PENGUKURAN KONSENTRASI ETANOL YANG

DIPRODUKSI OLEH APEL YANG DISIMPAN DALAM GAS

NITROGEN

Detektor fotoakustik merupakan instrumen yang digunakan untuk mengukur konsentrasi gas. Metode pengukuran konsentrasi gas oleh detektor fotoakustik menggunakan prinsip serapan cahaya oleh molekul. Koefisien serapan molekul tergantung pada panjang gelombang cahaya yang digunakan. Sumber cahaya yang digunakan pada detektor ini yaitu laser CO2.

Pada penelitian ini telah diukur konsentrasi etanol yang diproduksi oleh buah apel yang disimpan dalam gas nitrogen. Pengukuran konsentrasi dilakukan dengan menggunakan 2 garis laser yaitu 10P16 dan 10P18 dengan nilai koefisien serapan pada masing-masing garis laser adalah 0,007 cm-1 dan 0,006 cm-1. Penelitian ini dilakukan dengan variasi lama penyimpanan apel dalam gas nitrogen. Dari hasil penelitian didapat bahwa apel terus menerus memproduksi etanol setiap waktunya selama berada dalam gas nitrogen.

x

ABSTRACT

THE USAGE OF PHOTOACOUSTIC DETECTOR IN THE MEASUREMENT OF ETHANOL CONCENTRATION PRODUCED BY

APPLE SITUATED IN NITROGEN GAS

Photoacoustic detector is an instrument used for measuring gas concentration. Gas concentration measurement method by photoacoustic detector uses light absorption principle. Molecule absorption coeficient depends on the wavelength of light. The source of light used in the detector is the CO2 laser.

This research measures ethanol concentration produced by apple which is situated in nitrogen gas environment. The measurement is conducted by using 2 laser lines, namely, 10P16 and 10P18, whose absorption coeficient values of the laser lines are 0,007 cm-1 and 0,006 cm-1 respectively. The research also employs time variations in the apple storing in the nitrogen environment. It is found out that the apple keeps producing ethanol during stored in the nitrogen environment.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah Subhaanahu Wattaallah

atas rahrnat dan karunia-Nya yang diberikan kepada pnulis selama _Fnyu$lnan tugas akhir yang berjudul *PENGGUNAAN DETEKTOR FOTOAKUSTIK IINTUK PENGLTKURAN KONSENTRASI ETANOL YANG DIPRODUKSI

OLEH APEL YANG DISIMPAN DALAM GAS NITROGEN". Tugas akhir ini

disusun sebagai salah sazu symat untuk menrperoleh gelar sarja*a sains di Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Pem*is menyadari bahwa penyr$:nan tugas akhir ini dapat terselesaikan

dengan baik karena adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karcna itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada:

1.

Allah Subhaanahu Wattaallah yang telah mendengarkan segala doa dan

permohonan pe,nulis.

2.

Bapak Yosef Agung Cahyanta, S.T", M.T. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3.

Bapak Dr.Ign.Edi Santosa, M.S selaku dosen pembimbing akademik,

dosen pembimbing tugas akhir dan dosen penguji, yang dengan penuh kesabarannya telah membimbing membantu, menyemangati serta

waktunya kepada penulis selama perkuliahan, penelitian dan

proses penulisan tugas akhir ini.

4.

Ir.Sri Agustini Sulandari, M.Si selaku ketua program studi Fisika dan

dosen penguji, yang telah bersedia meluangkan waktunya untuk menguji

dan memberikan masukan yang berharga bagi penulis

5.

A. Prasetyadi, S.Si, M.Si. selaku dosen penguji yang telah meluangkan

waktu untuk menguji dan memberikan saran bagi penulis.

6.

Dr. Dr. Vet. Asan Damanik, M.Si, Dwi Nugraheni Rositawati, M.Si dan segenap Dosen prodi Fisika, FST Universitas Sanata Dharma Yoryakarta yang telah mendidik dan membagikan ihmrnya kepada penulis selama ini.

7.

Segenap karyawan FST Universitas Sa$ata Dharma yang telah membantu

selama masa studi. Para laboran, Bapak Sugito, Mas Ngadiono dan Mas A. Bima Windtua yang telah banyak membantu penulis selama penelitian.

8.

Ayahk-r:, A-chmad Jirni dan ibtr-ku, Sumirah, yang sabar membimbing,

memberikan dukungan, doa dan kasih sayangaya kepada penulis.

9.

Lily Kiuntriani Jisura, laras Hati Jisura dan Mega Kusumawardani Jisura selaku saudara kandung yang selalu memberikan doa, semangpt dan

dukungannya kepada penulis.

10. Fransiskus Asisi Oktora Dwi Haryanto, Fransiska Yeni Anggarini, dan

Laurensia Trimeta Platini, yang senantiasa mewarnai angkatan 2005,

memberikan motivasi dan masukannya kepada penulis.

11. Teman-teman Fisika angkatan 2002, an$atan 2004 dan angkatan 2AA7

yang senantiasa membantu serta menguatkan penulis"

Oktoria Reho Wulandmi selaku bapak dan ibu kos Gracia yang selalu memberikan doa, semangat, motivasi dan bersedia mendengarkan curahan hati penulis dengan sabar.

13. Thomas Linardy yang selama ini telah memberikan doa, dukungan dan

bantuan baik moral mauprm spiritual kepada penulis terutama dalam menyelesaikan tugas akhfu ini.

14. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah

banyak membantu selama penulis menyelesaikan studi.

Penulis menyadari bahwa dalam penyu$lnan tugas akhir ini masih banyak

kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua

pihak. Penulis berharap semoga tugas akhir

ini

dapat bennanfaat bagr para pembaca danmennberikan sedikit sumbangan buat Ilmu Pengetahuan.

20t0 Yogyakarta,2T Februari

A,A

/

W

Penulis

xiv

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ……….. ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ……….. iii

HALAMAN PENGESAHAN ……… iv

HALAMAN MOTTO ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN ………. vi

PERNYATAAN KEASLIAN ……… vii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ………... viii

INTISARI ..……….. ix

ABSTRACT ……… x

KATA PENGANTAR ………. xi

DAFTAR ISI ……… xiv

DAFTAR TABEL ... xvii

DAFTAR GAMBAR ... xviii

BAB I : PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang ... 1

B. Rumusan Masalah ... 3

C. Batasan Masalah ... 3

D. Tujuan Penelitian ... 4

xv

BAB II : DASAR TEORI ... 5

A. Teori Atom ... 5

B. Teori Molekul ... 6

C. Detektor Fotoakustik ... 7

D. Koefisien Serapan ... 8

BAB III : METODE PENELITIAN ... 11

A. Tempat Pelaksanaan ... 11

B. Alat dan Bahan ... 11

B.1. Alat-alat yang Digunakan ... 11

a. Laser CO2 ... 12

b. Sel Fotoakustik ... 13

B.2. Bahan-bahan yang Digunakan ... 13

C. Prosedur Penelitian ... 14

C.1. Penentuan Spektrum Serapan Etanol dan Kalibrasi ... 14

C.2. Penentuan Koefisien Serapan Etanol ... 17

C.3. Pengukuran Konsentrasi Etanol yang Dihasilkan Oleh sampel Apel ... 18

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN ... 21

A. Hasil ... 21

A.1. Penentuan Spektrum Serapan Etanol ... 21

A.2. Penentuan Koefisien Serapan Etanol ………. 23

A.3. Pengukuran Konsentrasi Etanol yang Dihasilkan Oleh Sampel Apel ... 25

xvi

B. Pembahasan ... 29

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN ... 40

A. Kesimpulan ... 40

B. Saran ... 40

DAFTAR PUSTAKA ... 41

xvii

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1 : Tabel hubungan sinyal ternormalisir S/P terhadap posisi

steppermotor ……… 24

Tabel 4.2 : Tabel koefisien serapan etanol untuk tiap posisi

steppermotor ... 25 Tabel 4.3 : Hubungan jumlah etanol

(

ppb.jam

)

terhadap lama apel

memproduksi etanol ... 36 Tabel 4.4 : Tabel kecepatan aliran gas nitrogen (ml/menit) saat

pengukuran dari tiap penelitian ... 36 Tabel 4.5 : Hubungan volume etanol (nanoliter) terhadap lama apel

xviii

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1. Tingkat tenaga pada molekul ... 6 Gambar 3.1. Rangkaian alat yang digunakan dalam penelitian ... 11 Gambar 3.2. Rangkaian alat yang digunakan untuk melakukan scan

gas nitrogen ... 15 Gambar 3.3. Rangkaian alat yang digunakan untuk melakukan scan

gas etanol ... 15 Gambar 3.4. Rangkaian alat yang digunakan untuk melakukan scan

gas etilen ... 17 Gambar 3.5. Rangkaian alat yang digunakan untuk pengukuran

konsentrasi gas etanol yang dihasilkan oleh apel ... 19 Gambar 4.1. Grafik hubungan sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap posisi

steppermotor untuk gas etanol 8144 ppm ... 22 Gambar 4.2. Grafik hubungan sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap posisi

steppermotor untuk gas etilen 1,1 ppm ... 23 Gambar 4.3. Grafik hubungan antara sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama

pengukuran (jam) untuk garis laser 10P16. Etanol yang diukur merupakan etanol hasil produksi apel yang disimpan selama

47 jam 52 menit. ... 26 Gambar 4.4. Grafik hubungan antara sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama

xix

merupakan etanol hasil produksi apel yang disimpan selama

47 jam 52 menit ... 27 Gambar 4.5. Grafik hubungan antara sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama

pengukuran (jam) untuk garis laser 10P16. Etanol yang diukur merupakan etanol hasil produksi apel yang disimpan selama

23 jam 42 menit ... 28 Gambar 4.6 : Bagan pengenceran gas etanol 82430 ppm ... 32 Gambar 4.7. Grafik hubungan konsentrasi etanol (ppb) terhadap lama

pengukuran (jam)untuk garis laser 10P16. Konsentrasi

etanol yang diukur merupakan konsentrasi etanol hasil produksi apel yang disimpan selama 47 jam 52 menit ... 34 Gambar 4.8. Grafik hubungan konsentrasi etanol (ppb) terhadap lama

pengukuran (jam)untuk garis laser 10P18. Konsentrasi

etanol yang diukur merupakan konsentrasi etanol hasil produksi apel yang disimpan selama 47 jam 52 menit ... 35 Gambar 4.9. Grafik hubungan volume etanol (nanoliter) terhadap lama apel

1

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Salah satu komoditas ekspor impor adalah buah-buahan. Kegiatan ekspor impor membutuhkan waktu yang cukup lama hingga buah-buahan mencapai tempat tujuan. Namun buah-buahan sendiri mempunyai batas ketahanan kualitas yang tidak terlalu lama. Oleh karena itu, perlu adanya usaha untuk mempertahankan kualitas buah-buahan selama pengiriman.

Salah satu usaha untuk mempertahankan kualitas buah-buahan adalah dengan membuat tempat penyimpanan yang bisa membuat buah-buahan tersebut tahan lama. Untuk mendapatkan tempat penyimpanan yang baik, maka gas dalam

tempat penyimpanan diubah-ubah. Pengubahan gas dilakukan untuk

mempertahankan kondisi buah agar tidak cepat matang. Pada proses pematangan, buah akan terus memproduksi etilen. Emisi etilen merupakan tanda buah mengalami pematangan [Santosa, 2008]. Gas oksigen dalam tempat penyimpanan memicu buah memproduksi gas etilen [Platini, 2010]. Produksi gas etilen dapat dihambat dengan cara mengurangi gas oksigen dalam tempat penyimpanan. Saat buah diletakkan dalam lingkungan nitrogen, buah tidak memproduksi gas etilen [Platini, 2010].

Namun, penghambatan produksi gas etilen dengan meletakkan buah di lingkungan nitrogen menimbulkan efek samping. Efek samping yang dimaksud adalah diproduksinya etanol oleh buah. Efek samping ini harus dikurangi, untuk

itu perlu diketahui seberapa besar efek samping yang terjadi dengan cara mengukur konsentrasi etanol produksi sampel yang diletakkan pada lingkungan tanpa oksigen. Lingkungan tanpa oksigen yang dimaksud adalah sampel buah diletakkan dalam lingkungan nitrogen. Karena buah memproduksi etanol saat berada pada kondisi kekurangan oksigen, maka jumlah etanol yang diproduksi oleh buah tergantung dari seberapa lama buah berada dalam lingkungan tanpa oksigen. Sehingga untuk mendapatkan tempat penyimpanan yang baik dengan efek samping yang kecil, maka etanol yang dihasilkan oleh buah harus sedikit.

Alat ukur konsentrasi yang biasa digunakan adalah Gas Chromatograpy

(GC). Dalam pengukuran konsentrasi, penentuan jenis molekul oleh GC

dilakukan dengan cara membandingkan waktu retensi molekul yang diperoleh dari percobaan dengan waktu retensi standarnya. Namun, penentuan jenis molekul dengan membandingkan waktu retensi tersebut menimbulkan masalah. Hal ini dikarenakan ada kemungkinan molekul lain yang mempunyai waktu retensi hampir sama dengan waktu retensi standar molekul. Hal ini menyebabkan ketidakpastian dalam penentuan jenis molekul yang terukur. Oleh karena itu, diperlukan alat ukur konsentrasi lain yang dapat menentukan jenis molekul yang terukur dengan pasti. Alat ukur konsentrasi lain yang dapat digunakan yaitu detektor fotoakustik.

Metode pengukuran konsentrasi gas dengan detektor fotoakustik menggunakan prinsip dasar serapan cahaya oleh gas. Serapan molekul tergantung pada panjang gelombang cahaya yang digunakan. Dengan demikian, pengukuran dengan sistem fotoakustik tergantung pada sumber cahayanya, yaitu laser

[Santosa, 2008]. Dengan ditemukannya laser dan mikropon yang peka, detektor ini menjadi alat ukur konsentrasi yang sangat sensitif dan waktu tanggapnya relatif cepat sehingga dapat digunakan secara online [Santosa, 2008].

Dengan menggunakan laser sebagai sumber cahaya, detektor fotoakustik dapat digunakan untuk pengukuran konsentrasi dan dapat menentukan jenis molekul yang terukur. Hal ini dikarenakan setiap molekul mempunyai koefisien serapan yang berbeda-beda untuk setiap panjang gelombang.

B. Rumusan Masalah

1. Bagaimana cara mengukur konsentrasi etanol dengan menggunakan

detektor fotoakustik?

C. Batasan Masalah

1. Penelitian hanya difokuskan pada pengukuran konsentrasi etanol yang dihasilkan oleh sampel apel yang disimpan dalam lingkungan kekurangan oksigen.

2. Pengukuran konsentrasi etanol yang dihasilkan oleh sampel apel

menggunakan instrumen Detektor Fotoakustik di Laboratorium Analisa Kimia Fisika Pusat Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

D. Tujuan Penelitian

1. Mengukur konsentrasi etanol yang dihasilkan apel untuk mengetahui

seberapa besar efek samping yang terjadi saat apel diletakkan dalam lingkungan kekurangan oksigen.

2. Membuktikan bahwa apel akan memproduksi etanol saat berada dalam

keadaan kekurangan oksigen.

E. Manfaat Penelitian

Bagi dunia pendidikan di Indonesia, metode dan hasil penelitian ini diharapkan dapat digunakan sebagai acuan dalam penelitian selanjutnya, khususnya yang berkaitan dengan sistem fotoakustik. Kemudian, hasil penelitian ini diharapkan dapat menambah pengetahuan bagi peneliti sehingga diperoleh cara mengurangi efek samping dari pengubahan gas tempat penyimpanan buah pada kegiatan ekspor impor.

5

BAB II

DASAR TEORI

A. Teori Atom

Atom terdiri dari inti atom dan elektron. Elektron berputar mengelilingi inti [Krane, 1992]. Elektron dalam atom berada pada kedudukan tertentu dengan tingkat energi yang tertentu pula. Perpindahan elektron dari tingkat energi yang rendah ke tingkat energi yang tinggi disebut sebagai eksitasi dan perpindahan elektron dari tingkat energi yang tinggi ke tingkat energi yang rendah disebut sebagai deeksitasi.

Menurut Bohr, dalam proses eksitasi, elektron membutuhkan energi dari luar yang besarnya cukup untuk berpindah dari tingkat energi yang rendah E₁ ke tingkat energi yang tinggi E₂. Energi ini akan diserap elektron yang berada di tingkat energi rendah E₁ sehingga elektron dapat berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi E₂. Besar energi yang dibutuhkan pada proses eksitasi mengikuti persamaan (1) :

∆E = E₂-E₁ ...(1) dengan ∆E = selisih dari kedua tingkat energi

Kemudian dalam proses deeksitasi, pada transisi dari tingkat energi tinggi E₂ ke tingkat energi yang lebih rendah E₁, akan dipancarkan energi dalam bentuk gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi v₁₂ dengan besar energi yang sesuai dengan persamaan (2) :

12

hv E =

∆ ...(2)

dengan : h = Tetapan Planck = 6,63 x 10-34 J.s

B. Teori Molekul

Molekul mempunyai tiga tingkat energi, yaitu tingkat energi elektronik, tingkat energi vibrasi dan tingkat energi rotasi. Tingkat energi pada molekul ditunjukkan pada gambar 2.1.

Gambar 2.1. Tingkat tenaga pada molekul

Sama halnya dengan atom, pada molekul juga terjadi peristiwa eksitasi dan deeksitasi [Krane, 1992]. Pada proses eksitasi, molekul membutuhkan energi dari luar yang sesuai dengan energi transisi dari kedua tingkat energi. Jika energi dari luar sesuai dengan energi transisi, maka molekul akan menyerap energi tersebut untuk berpindah dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi. Pada proses deeksitasi, molekul akan memancarkan energi. Penyerapan dan pemancaran energi dari suatu molekul dapat terjadi di tiap-tiap tingkat energi molekul. Berdasar pada gambar 2.1, dari masing-masing tingkat energi elektronik, ada

beberapa tingkat energi vibrasi dan dari masing-masing tingkat energi vibrasi, ada beberapa tingkat energi rotasi.

C. Detektor Fotoakustik

Spektroskopi fotoakustik berdasarkan pada proses serapan cahaya. Spektroskopi fotoakustik merupakan metode yang bisa digunakan untuk mendeteksi konsentrasi molekul tertentu dengan memanfaatkan pengubahan energi laser termodulasi yang terserap oleh molekul menjadi sinyal akustik.

Proses yang terjadi hingga dihasilkannya sinyal akustik adalah laser yang merupakan sumber cahaya dilewatkan ke sel fotoakustik dimana di dalam sel fotoakustik terdapat sampel gas. Jika frekuensi laser disamakan dengan frekuensi transisi molekul yang berada di dalam sel fotoakustik, maka sebagian molekul yang berada pada tingkat energi yang lebih rendah akan dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Kemudian molekul yang berada pada tingkat energi yang lebih tinggi akan melepaskan energi eksitasinya secara non radiasi, dimana ketika bertumbukkan, molekul akan mentransfer energi eksitasinya ke molekul yang ditumbuknya. Oleh molekul yang ditumbuknya, energi eksitasi yang ditransfer diubah menjadi energi translasi.

Kenaikan energi translasi ini menyebabkan perubahan suhu dan tekanan di dalam sel fotoakustik. Jika berkas laser dimodulasi, maka tekanan di dalam sel fotoakustik akan berubah secara periodik. Tekanan tersebut atau bunyi diukur menggunakan mikropon. Kemudian keluaran dari mikropon akan diperkuat menggunakan lock-in amplifier. Keluaran dari mikropon merupakan sinyal

akustik. Daya laser akan diukur menggunakan powermeter. Selanjutnya sinyal akustik dan daya laser diolah menggunakan komputer.

D. Koefisien Serapan

Sinyal akustik dipengaruhi oleh daya laser, konstanta sel fotoakustik, konsentrasi gas dan koefisien serapan. Jika di dalam sel akustik terdapat satu jenis gas, yaitu gas ”g”, hubungan antara keluaran mikropon, konstanta sel akustik, daya laser, konsentrasi gas dan koefisien serapannya dapat dinyatakan dengan persamaan (3) :

gl g l

l C P C

S = α ...(3)

dengan Sl = sinyal akustik pada garis laser ”l” [Volt]

Pl = daya laser pada garis laser ”l” [Watt]

C = konstanta sel fotoakustik

   

W cm V

Cg = konsentrasi gas ”g” dalam sel fotoakustik [ppb]

α

gl = koefisien serapan gas ”g” pada garis laser ”l” [cm-1]

Pada dasarnya, setiap garis laser dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi gas. Tapi dalam prakteknya, perlu diperhatikan daya garis laser dan kemungkinan interferensi dari gas lain. Oleh karena itu, pemilihan garis laser yang digunakan sangat penting. Hal ini mengingat daya laser dan koefisien serapan yang bervariasi.

Bila gas yang diukur adalah gas B, maka perlu diketahui terlebih dahulu nilai koefisien serapannya. Penentuan koefisien serapan tersebut dilakukan dengan

cara membandingkan sinyal ternormalisirnya dengan sinyal ternormalisir gas lain yang sudah diketahui koefisien serapannya. Berdasarkan persamaan (3), sinyal ternormalisir dapat dinyatakan dengan persamaan (4):

gl g l C C P

S _{= α}

      ...(4)

Misal, gas A merupakan gas yang telah diketahui koefisien serapannya, maka persamaan sinyal ternormalisir untuk gas A dan gas B berlaku persamaan berikut : A l A A l C C P S _ _ α =       ...(5) B l B B l C C P S _ _ α =       ...(6) dengan : A l P S _      

= sinyal ternormalisir untuk gas A yang sudah diketahui nilai

koefisien serapannya pada garis laser ”l” [V/W]

B l P S _      

= sinyal ternormalisir untuk gas B yang belum diketahui nilai

koefisien serapannya pada garis laser ”l” [V/W]

C = konstanta sel fotoakustik

    W cm V

C_A= konsentrasi gas A [ppb] CB= konsentrasi gas B [ppb]

α_{l_A} = koefisien serapan gas A pada garis laser ”l” [cm-1] α_{l_B} = koefisien serapan gas B pada garis laser ”l” [cm-1]

Kemudian berdasarkan persamaan (5) dan (6), dapat diperoleh perbandingan sinyal ternormalisir gas B dengan sinyal ternormalisir gas A yang mengikuti persamaan 7 :

A l A B l B A l B l C C C C P S P S _ _ _ _ α α =             ...(7)

Nilai konstanta sel fotoakustik tertentu. Karena kedua gas diukur dengan menggunakan sel fotoakustik yang sama, maka nilai konstanta sel fotoakustik kedua gas tersebut adalah sama. Sehingga didapat perbandingan koefisien serapan gas A dengan koefisien serapan gas B yang mengikuti persamaan (8) :

A B l B A l B l A l C P S C P S _ _ _ _             = α α ...(8)

Berdasarkan persamaan (8), dapat ditentukan koefisien serapan gas B dengan menggunakan persamaan (9) :

B A l A B l A l B l C P S C P S _ _ _ _             =α

11

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Tempat Pelaksanaan

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Analisa Kimia Fisika Pusat Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

B. Alat Dan Bahan

B.1. Alat-alat yang digunakan

Pada penelitian ini pengukuran konsentrasi etanol dilakukan dengan

menggunakan instrumen Detektor Fotoakustik dengan sumber cahaya Laser CO2.

Rangkaian percobaan dengan menggunakan detektor fotoakustik ditunjukkan pada gambar 3.1.

Keterangan :

1. Tabung gas Nitrogen 9. Tabung Laser CO2

2. Flowmeter 10. Chopper

3. Cuvet 11. Kisi

4. Powermeter 12. Steppermotor

5. Piezo 13. Power Supply

6. Cermin 14. Lock-in Amplifier

7. Sel akustik 15. Laser Control

8. Mikropon 16. Komputer

Gambar 3.1 merupakan gambar rangkaian alat yang digunakan dalam penelitian. Pada penelitian ini detektor fotoakustik digunakan untuk mengukur konsentrasi gas dari sampel. Selain detektor fotoakustik, penelitian ini menggunakan alat-alat lain antara lain komputer, flowmeter dan cuvet. Komputer digunakan untuk mengolah, memonitor dan menampilkan hasil pengukuran. Komputer juga digunakan untuk mengatur piezo dan steppermotor. Flowmeter berfungsi sebagai pengatur aliran gas yang dialirkan ke cuvet. Cuvet merupakan tempat penyimpanan sampel yang akan diteliti.

Detektor fotoakustik dengan sumber cahaya laser CO2 mempunyai

bagian-bagian penting yaitu laser CO2 dan sel fotoakustik.

a. Laser CO2

Laser CO2 digunakan sebagai sumber cahaya. Laser CO2 pada detektor

fotoakustik terdiri dari resonator optis, medium aktif dan power supply. Resonator optis terdiri dari kisi dan cermin. Panjang resonator optis dapat diatur dengan

menggunakan piezo untuk mendapatkan daya laser terbesar. Kisi dapat digerakkan dan diatur posisinya menggunakan steppermotor. Pengaturan steppermotor ini dilakukan melalui komputer. Power supply digunakan untuk memberikan daya pada laser CO2.

b. Sel Fotoakustik

Sel fotoakustik merupakan komponen terpenting yang berfungsi sebagai tempat konversi berkas cahaya laser menjadi sinyal akustik. Sinyal akustik akan ditangkap oleh mikropon. Kemudian mikropon mengirimkan sinyal yang akan diperkuat oleh lock-in amplifier dan kemudian diolah oleh komputer. Sel fotoakustik diletakkan di dalam resonator optis, dimana resonator optis terdiri dari kisi dan cermin. Peletakkan sel fotoakustik di dalam resonator optis dikenal sebagai sistem intrakavitas. Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan detektor fotoakustik berbasis Laser CO2 dengan sistem intrakavitas.

B.2. Bahan-bahan yang digunakan

Sampel yang digunakan pada penelitian ini adalah apel yang akan diteliti produksi etanolnya jika diletakkan dalam keadaan kekurangan oksigen. Dalam hal ini, apel diletakkan dalam gas nitrogen. Pada penelitian ini digunakan beberapa jenis gas, antara lain gas nitrogen, gas etanol dan gas etilen. Gas nitrogen digunakan sebagai gas pembawa dan sebagai gas dalam tempat penyimpanan apel. Gas etanol digunakan untuk menentukan spektrum serapan etanol. Gas etilen digunakan sebagai pembanding untuk menentukan koefisien serapan etanol.

C. Prosedur Penelitian

Sebelum dilakukan pengukuran konsentrasi etanol, ada beberapa tahapan yang harus dilakukan terlebih dahulu, yaitu menentukan spektrum serapan etanol dan koefisien serapan etanol.

C.1. Penentuan spektrum serapan etanol

Penentuan spektrum serapan ini dilakukan untuk mencari garis laser yang spesifik dengan sampel yang akan diukur. Oleh karena yang akan diukur adalah etanol, maka perlu dicari terlebih dahulu garis laser yang mempunyai serapan paling tinggi untuk etanol. Penentuan spektrum serapan etanol dilakukan dengan cara menscan gas nitrogen dan gas etanol. Dengan memperhatikan sinyal ternormalisir dari hasil scan gas nitrogen dan sinyal ternormalisir dari hasil scan gas etanol, dapat ditentukan garis laser yang mempunyai serapan etanol.

Pada penentuan spektrum serapan etanol, gas nitrogen discan terlebih dahulu. Rangkaian alat untuk melakukan scan gas nitrogen ditunjukkan pada gambar 3.2 berikut :

Gambar 3.2. Rangkaian alat yang digunakan untuk melakukan scan gas nitrogen Berdasarkan gambar 3.2, gas nitrogen dilewatkan ke flowmeter dengan tujuan untuk mengatur kecepatan aliran gas nitrogen yang masuk ke detektor fotoakustik.

Kemudian gas etanol discan, dimana hasil scan digunakan untuk menentukan spektrum serapan etanol dan koefisien serapan etanol. Rangkaian alat yang digunakan untuk melakukan scan gas etanol ditunjukkan pada gambar 3.3 berikut :

Gas etanol yang digunakan untuk scan gas etanol berasal dari etanol cair. Gas etanol didapatkan dengan cara menguapkan etanol cair di dalam cuvet. Pada gambar 3.3, terlihat bahwa etanol cair diletakkan di dalam cuvet yang tertutup rapat. Untuk melakukan scan, perlu diperhatikan konsentrasi gasnya. Dalam hal ini, konsentrasi yang digunakan harus kecil untuk mencegah daya habis diserap. Oleh karena itu, perlu diketahui terlebih dahulu konsentrasi gas etanolnya. Konsentrasi gas etanol diperoleh dengan cara menentukan tekanan parsial etanol. Tekanan parsial etanol diperoleh dari data suhu terhadap tekanan parsial etanol yang dituliskan dalam tabel 6.1 pada bagian lampiran 6 [Weast, 1979]. Berdasarkan nilai tekanan tersebut, dapat ditentukan konsentrasi gas etanol yang ada di dalam cuvet.

Untuk mendapatkan konsentrasi gas etanol yang kecil, perlu dilakukan pengenceran dengan cara mencampurkan gas etanol dengan gas nitrogen. Berdasarkan gambar 3.3, digunakan tiga buah flowmeter. Flowmeter pertama dan kedua digunakan untuk mengatur kecepatan aliran gas nitrogen. Kecepatan aliran gas nitrogen yang masuk ke cuvet diatur menggunakan flowmeter pertama. Gas nitrogen ini digunakan untuk mendorong gas etanol. Kemudian gas etanol dicampurkan dengan gas nitrogen yang dialirkan melalui flowmeter kedua. Dari pencampuran kedua gas dengan menggunakan komposisi kecepatan aliran tertentu akan didapatkan konsentrasi gas etanol yang tertentu. Pencampuran kedua gas inilah yang dialirkan ke detektor fotoakustik. Kecepatan aliran gas campuran yang masuk ke detektor fotoakustik dapat diketahui melalui flowmeter digital.

C.2. Penentuan Koefisien Serapan Etanol

Pada penelitian ini, gas yang diukur adalah gas etanol yang dihasilkan dari apel yang disimpan dalam gas nitrogen. Pada bagian dasar teori, telah dijelaskan bahwa pemilihan garis laser yang digunakan sangat penting karena mengingat daya laser dan koefisien serapan yang bervariasi. Berdasar pada teori tersebut, perlu diketahui terlebih dahulu koefisien serapan etanol untuk tiap garis laser sebelum dilakukan pengukuran konsentrasi etanol. Penentuan koefisien serapan etanol dilakukan dengan cara membandingkan nilai sinyal ternormalisir dari hasil scan gas etanol dengan sinyal ternormalisir dari hasil scan gas etilen.

Hasil scan gas etanol telah diperoleh pada bagian penentuan spektrum serapan etanol. Kemudian perlu dilakukan scan gas etilen untuk dapat menentukan koefisien serapan etanol. Scan gas etilen dilakukan dengan cara mencampurkan gas etilen dengan gas nitrogen. Rangkaian alat untuk mencampurkan gas etilen dengan gas nitrogen ditunjukkan pada gambar 3.4 :

Gas etilen yang digunakan merupakan gas etilen 10 ppm. Scan gas etilen juga menggunakan konsentrasi etilen yang kecil untuk mencegah daya habis diserap. Untuk mendapatkan konsentrasi etilen yang kecil, gas etilen 10 ppm harus diencerkan dengan cara mencampurkan gas etilen 10 ppm dengan gas nitrogen. Berdasarkan gambar 3.4, digunakan tiga buah flowmeter. Flowmeter pertama digunakan untuk mengatur kecepatan aliran gas nitrogen dan flowmeter kedua digunakan untuk mengatur kecepatan aliran gas etilen 10 ppm. Gas etilen 10 ppm dan gas nitrogen dicampurkan dengan komposisi kecepatan aliran tertentu untuk masing-masing gas. Dari pencampuran kedua gas ini, diperoleh gas etilen dengan konsentrasi yang kecil. Kecepatan aliran gas campuran yang masuk ke detektor fotoakustik dapat diketahui dengan menggunakan flowmeter digital.

Berdasarkan hasil scan gas etanol dan hasil scan gas etilen, koefisien serapan etanol dapat ditentukan. Dengan mengetahui nilai koefisien serapan etilen, maka koefisien serapan etanol dapat ditentukan berdasarkan persamaan (9) pada bagian dasar teori.

C.3. Pengukuran Konsentrasi Etanol Yang Dihasilkan Oleh Sampel Apel

Setelah mendapat spektrum serapan etanol dan koefisien serapan etanol, maka dapat dilakukan pengukuran konsentrasi etanol yang dihasilkan buah apel. Pengukuran konsentrasi etanol ini dilakukan untuk meneliti produksi etanol yang dihasilkan apel sebagai efek samping dari pengubahan gas tempat penyimpanan. Jumlah etanol yang diproduksi oleh buah bergantung dari seberapa lama buah berada dalam lingkungan nitrogen. Oleh karena itu, penelitian ini akan meneliti

produksi etanol dari berbagai variasi lama penyimpanan apel dalam gas nitrogen. Untuk melakukan pengukuran perlu dilakukan preparasi sampel terlebih dahulu.

Penelitian ini menggunakan buah apel sebagai sampel yang akan diteliti produksi etanolnya.Apel dimasukkan kedalam cuvet. Kemudian cuvet ditutup dan diisi dengan gas nitrogen hingga di dalam cuvet hanya berisi gas nitrogen. Setelah itu, apel dibiarkan berada dalam gas nitrogen selama waktu tertentu. Hal ini dilakukan untuk mengumpulkan etanol.

Setelah etanol dikumpulkan dalam cuvet, dapat dilakukan pengukuran konsentrasi. Rangkaian alat untuk pengukuran konsentrasi etanol yang dihasilkan oleh buah apel ditunjukkan pada gambar 3.5 :

Gambar 3.5. Rangkaian alat yang digunakan untuk pengukuran konsentrasi etanol yang dihasilkan oleh apel

Sebelum dilakukan pengukuran konsentrasi etanol yang dihasilkan buah apel, perlu dipastikan pada sel fotoakustik tidak ada gas lain yang bisa mengganggu pengukuran. Untuk itu sel fotoakustik harus dibersihkan terlebih dahulu. Pembersihan sel fotoakustik dilakukan dengan cara mengalirkan gas nitrogen langsung ke detektor fotoakustik selama beberapa menit.

Berdasarkan gambar 3.5, cuvet langsung dihubungkan dengan detektor fotoakustik. Gas nitrogen yang dialirkan melalui cuvet berfungsi sebagai gas pembawa yang akan mendorong etanol menuju ke detektor fotoakustik. Kecepatan aliran gas yang melewati detektor fotoakustik diketahui menggunakan flowmeter digital. Pengukuran konsentrasi etanol berlangsung sampai etanol habis terukur semua.

Jumlah etanol yang diproduksi oleh buah tergantung dari waktu penyimpanan buah dalam lingkungan tanpa oksigen. Sehingga pengumpulan etanol dilakukan dengan berbagai variasi lama penyimpanan apel dalam gas nitrogen.

21

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil

A.1. Penentuan Spektrum Serapan Etanol

Penentuan spektrum serapan etanol dilakukan dengan cara menscan gas nitrogen dan gas etanol. Gas nitrogen discan dari posisi steppermotor 5700 sampai 6900 dengan kecepatan aliran gas nitrogen yang masuk ke detektor fotoakustik sebesar 33,3 ml/menit.

Gas etanol yang digunakan untuk penentuan spektrum serapan etanol berasal dari etanol cair yang diuapkan pada suhu 250C. Untuk itu perlu diketahui terlebih dahulu konsentrasi gas etanol dengan cara menentukan tekanan parsial etanol pada suhu 250C. Telah diketahui bahwa tekanan parsial etanol pada suhu 190C adalah 40 mmHg dan tekanan parsial etanol pada suhu 34,90C adalah 100 mmHg [Weast, 1979]. Dengan menggunakan interpolasi dari kedua titik tersebut, diperoleh nilai tekanan parsial etanol pada suhu 250C. Berdasarkan tekanan parsial tersebut, didapat konsentrasi gas etanol adalah 82430 ppm. Hasil perhitungan interpolasi kedua titik dan konsentrasi etanol dalam cuvet ditampilkan pada lampiran 6.

Untuk melakukan scan harus diperhatikan konsentrasi gas etanolnya. Dalam hal ini digunakan konsentrasi yang kecil untuk mencegah daya habis diserap. Oleh karena itu, gas etanol 82430 ppm harus diencerkan dengan cara mencampurkan gas etanol dengan gas nitrogen. Pencampuran dilakukan

berdasarkan gambar 3.3 pada bagian metode penelitian. Gas nitrogen dengan kecepatan aliran sebesar 30,1 ml/menit dicampurkan dengan gas etanol 82430 ppm dengan kecepatan aliran sebesar 3,3 ml/menit. Dari pencampuran kedua gas dengan kecepatan aliran tersebut, diperoleh gas etanol dengan konsentrasi 8144 ppm. Gas etanol inilah yang dialirkan ke detektor fotoakustik dan kemudian discan dari posisi steppermotor 5700 sampai 6900. Hasil scan gas etanol 8144 ppm ditunjukkan pada gambar 4.1 berikut :

Gambar 4.1. Grafik hubungan sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap posisi steppermotor untuk gas etanol 8144 ppm

Berdasarkan gambar 4.1 diperoleh 6 garis laser. Keenam garis laser tersebut berada pada posisi steppermotor 6020, 6103, 6188, 6277, 6458, dan 6649. Dengan memperhatikan sinyal ternormalisir gas nitrogen dan sinyal ternormalisir gas etanol, dapat ditentukan pada garis laser yang mempunyai serapan etanol.

Pada gambar 4.1, satuan sinyal ternormalisir S/P adalah arbitary unit (au). Au merupakan satuan sembarang. S/P bersatuan au dikarenakan alat yang

0 5 10 15 20 25 30

5700 5760 5820 5880 5940 6000 6060 6120 6180 6240 6300 6360 6420 6480 6540 6600 6660 6720 6780 6840 6900 steppermotor

S/

P (

a

u

digunakan belum melalui proses kalibrasi. Oleh karena itu, pada penelitian ini, semua sinyal ternormalisir S/P yang diperoleh bersatuan au.

A.2. Penentuan Koefisien Serapan Etanol

Scan gas etilen dilakukan berdasarkan pada gambar 3.4 pada bagian metode penelitian. Gas etilen yang digunakan mempunyai konsentrasi 10 ppm. Konsentrasi tersebut terlalu besar sehingga dapat menyebabkan daya laser habis diserap. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengenceran dengan cara mencampurkan gas etilen 10 ppm dengan gas nitrogen. Pencampuran ini dilakukan dengan cara mengalirkan gas nitrogen dengan kecepatan aliran 30,2 ml/menit dan mengalirkan gas etilen 10 ppm dengan kecepatan aliran 3,6 ml/menit. Dari pencampuran kedua gas dengan kecepatan aliran tersebut, diperoleh gas etilen dengan konsentrasi 1,1 ppm. Gas etilen ini dialirkan ke detektor fotoakustik dan kemudian discan dari posisi steppermotor 5700 sampai 6900. Hasil scan gas etilen 1,1 ppm ditunjukkan pada gambar 4.2 berikut :

Gambar 4.2. Grafik hubungan sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap posisi steppermotor untuk gas etilen 1,1 ppm

Berdasarkan pada gambar 4.1 dan 4.2 didapatkan nilai sinyal ternormalisir S/P (au) dari gas etilen 1,1 ppm dan nilai sinyal ternormalisir S/P (au) dari gas etanol 8144 ppm yang dituliskan dalam tabel 1 berikut :

Tabel 4.1 : Tabel hubungan sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap posisi steppermotor untuk gas etilen 1,1 ppm dan gas etanol 8144 ppm

Posisi Steppermotor S/P (au)

Etilen 1,1 ppm Etanol 8144 ppm

6020 7 27,2

6103 0,3 13,8

6188 0,2 12,5

6277 0,2 13,0

6458 0,9 14,0

6649 0,2 12,1

Grafik S/P gas etilen 1,1 ppm dan gas etanol 82430 ppm secara lebih jelas ditunjukkan pada bagian lampiran 1. Dengan mengetahui nilai koefisien serapan etilen, maka koefisien serapan etanol dapat ditentukan. Nilai koefisien serapan etilen pada posisi steppermotor 6020 adalah 26,7 cm-1. Nilai koefisien serapan etilen tersebut digunakan untuk menentukan koefisien serapan etanol pada semua garis laser etanol.

Penentuan koefisien serapan etanol dilakukan dengan cara membandingkan nilai S/P (au) dari gas etilen 1,1 ppm dengan nilai S/P (au) dari gas etanol 8144 ppm. Dari hasil perbandingan tersebut dan nilai koefisien serapan etilen dapat ditentukan koefisien serapan etanol yang mengikuti persamaan (9)

pada bagian dasar teori. Nilai koefisien serapan etanol dituliskan dalam tabel 4.2 berikut :

Tabel 4.2 : Tabel koefisien serapan etanol (cm-1) untuk tiap posisi steppermotor Posisi Steppermotor Koefisien Serapan Etanol (cm-1)

6020 0,014

6103 0,007

6188 0,006

6277 0,007

6458 0,007

6649 0,006

Nilai koefisien tersebut digunakan untuk mengukur konsentrasi etanol yang diproduksi apel yang disimpan dalam gas nitrogen.

A.3. Pengukuran Konsentrasi Etanol yang Dihasilkan Oleh Sampel Apel

Penelitian ini menggunakan apel sebagai sampel yang diteliti produksi etanolnya. Apel diletakkan dalam cuvet yang berisi gas nitrogen dan disimpan dalam jangka waktu tertentu. Dalam jangka waktu penyimpanan, apel akan memproduksi etanol. Etanol inilah yang akan diukur konsentrasinya. Pada penelitian ini, pengukuran konsentrasi etanol dilakukan menggunakan 2 garis laser, yaitu garis laser 10P16 dan 10P18.

Pada penelitian ini, telah dilakukan pengukuran konsentrasi etanol untuk 4 variasi lama penyimpanan apel dalam gas nitrogen, yaitu 47 jam 52 menit, 23 jam 42 menit, 12 jam 26 menit, dan 6 jam 10 menit. Pengukuran konsentrasi etanol

berdasarkan pada gambar 3.5 pada bagian metode penelitian. Cuvet langsung dihubungkan dengan detektor fotoakustik. Pengukuran konsentrasi etanol dimulai dari saat cuvet dihubungkan dengan detektor fotoakustik sampai gas etanol yang dikumpulkan dalam cuvet habis terukur semua.

Untuk pengukuran konsentrasi dengan lama penyimpanan 47 jam 52 menit, cuvet dihubungkan dengan detektor fotoakustik saat 0,20 jam. Saat pengukuran konsentrasi etanol, kecepatan aliran gas nitrogen yang dialirkan ke cuvet sebesar 33,8 ml/menit. Gas nitrogen ini akan mendorong etanol menuju ke detektor fotoakustik dan kemudian diukur konsentrasinya tiap waktu. Hasil pengukuran konsentrasi etanol dengan menggunakan garis laser 10P16 ditunjukkan pada gambar 4.3 :

Gambar 4.3. Grafik hubungan antara sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama pengukuran (jam) untuk garis laser 10P16. Etanol yang diukur merupakan etanol

hasil produksi apel yang disimpan selama 47 jam 52 menit.

Gambar 4.3 merupakan grafik hubungan antara sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama pengukuran (jam) untuk garis laser 10P16. Etanol yang diukur merupakan etanol hasil produksi apel yang disimpan selama 47 jam 52 menit. Grafik tersebut digunakan untuk menentukan jumlah etanol yang diproduksi.

Jumlah etanol dihitung dari saat pertama kali cuvet dihubungkan dengan detektor fotoakustik sampai etanol habis terukur. Tanda bahwa etanol habis terukur semua adalah terlihat dari tidak ada lagi etanol yang terukur.

Kemudian untuk lama penyimpanan yang sama, dilakukan pengukuran konsentrasi etanol dengan menggunakan garis laser 10P18. Hasil pengukuran kosentrasi etanol yang diproduksi apel dengan menggunakan garis laser 10P18 ditunjukkan pada gambar 4.4 berikut :

Gambar 4.4. Grafik hubungan antara sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama pengukuran (jam) untuk garis laser 10P18. Etanol yang diukur merupakan etanol

hasil produksi apel yang disimpan selama 47 jam 52 menit.

Gambar 4.4 merupakan grafik hubungan antara sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama pengukuran (jam) untuk garis laser 10P18. Grafik tersebut juga digunakan untuk menentukan jumlah etanol yang diproduksi oleh apel yang disimpan selama 47 jam 52 menit.

Setelah itu, dilakukan juga pengukuran konsentrasi etanol yang diproduksi buah apel dengan lama penyimpanan yang berbeda, yaitu 23 jam 42 menit. Cuvet dihubungkan dengan detektor fotoakustik saat 0,22 jam. Saat pengukuran konsentrasi etanol, kecepatan aliran gas nitrogen yang dialirkan ke

cuvet sebesar 33,7 ml/menit. Hasil pengukuran konsentrasi etanol dengan menggunakan garis laser 10P16 ditunjukkan pada gambar 4.5 :

Gambar 4.5. Grafik hubungan antara sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama pengukuran (jam) untuk garis laser 10P16. Etanol yang diukur merupakan etanol

hasil produksi apel yang disimpan selama 23 jam 42 menit.

Gambar 4.5 merupakan grafik hubungan antara sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama pengukuran (jam) untuk garis laser 10P16. Etanol yang diukur merupakan etanol hasil produksi apel yang disimpan selama 23 jam 42 menit. Dari gambar tersebut, dapat ditentukan jumlah gas etanolnya.

Untuk lama penyimpanan yang sama dilakukan juga pengukuran konsentrasi etanol dengan menggunakan garis laser 10P18. Data pengukuran konsentrasi etanol dengan menggunakan garis laser 10P16 dan 10P18 untuk lama penyimpanan 23 jam 42 menit ditampilkan pada tabel 3.1 dan 3.2 pada bagian lampiran. Kemudian, dilakukan juga pengukuran konsentrasi etanol dengan lama penyimpanan apel dalam gas nitrogen 12 jam 26 menit dan 6 jam 10 menit. Pengukuran konsentrasi etanol dari masing-masing penelitian dilakukan dengan menggunakan 2 garis laser yaitu garis laser 10P16 dan garis laser 10P18. Data

pengukuran kedua penelitian tersebut ditampilkan pada lampiran 4 dan lampiran 5.

B. Pembahasan

Salah satu hal penting yang mempengaruhi pengukuran konsentrasi adalah garis laser yang digunakan. Garis laser yang digunakan harus mempunyai serapan yang tinggi untuk gas yang akan diukur. Dalam penelitian ini, gas yang akan diukur adalah etanol. Oleh karena itu, perlu dicari terlebih dahulu spektrum serapan untuk etanol.

Untuk dapat menentukan spektrum serapan etanol, perlu dilakukan scan gas nitrogen dan scan gas etanol. Gas etanol yang digunakan berasal dari etanol cair yang diuapkan pada suhu 250C. Konsentrasi gas sangat berpengaruh pada daya laser. Konsentrasi yang terlalu besar dapat menyebabkan daya laser habis diserap. Pada bagian dasar teori telah dijelaskan bahwa pada proses eksitasi, molekul etanol di dalam sel fotoakustik akan menyerap daya laser. Jika konsentrasi etanol yang masuk ke sel fotoakustik terlalu besar, maka daya laser akan habis terserap oleh molekul etanol. Oleh karena itu, untuk mencegah daya laser habis diserap, perlu diketahui konsentrasi gas etanolnya. Nilai konsentrasi diperoleh dari penentuan tekanan parsial etanol pada suhu 250C [Weast, 1979]. Dari nilai tekanan parsial tersebut, didapat nilai konsentrasi etanol sebesar 82430 ppm. Konsentrasi tersebut terlalu besar sehingga perlu dilakukan pengenceran dengan mencampurkan gas etanol dengan gas nitrogen. Pencampuran kedua gas tersebut menggunakan komposisi kecepatan aliran gas nitrogen adalah 30,1

ml/menit dan kecepatan aliran gas etanol 82430 ppm adalah 3,3 ml/menit. Berdasarkan komposisi kecepatan aliran tersebut, diperoleh gas etanol dengan konsentrasi 8144 ppm. Dengan konsentrasi tersebut, dilakukan scan gas etanol. Hasil scan ditunjukkan pada gambar 4.1 yang merupakan grafik hubungan sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap posisi steppermotor untuk gas etanol 8144 ppm. Pengenceran gas etanol 82430 ppm pada penentuan spektrum serapan etanol menggunakan metode pengenceran yang ditunjukkan pada gambar 4.6 berikut :

Gambar 4.6 : Bagan sederhana untuk pengenceran gas etanol 82430 ppm Berdasarkan gambar 4.6, gas etanol 82430 ppm dialirkan dengan kecepatan aliran 3,3 ml/menit. Kemudian gas etanol tersebut dicampurkan dengan gas nitrogen yang dialirkan dengan kecepatan alirannya 30,1 ml/menit. Setelah dicampurkan dengan gas nitrogen, diperoleh gas etanol dengan konsentrasi 8144 ppm. Perhitungan hasil pengenceran gas etanol 82430 ppm ditampilkan pada bagian lampiran 7.

Pada penelitian ini, satuan sinyal ternormalisir S/P adalah arbitary unit (au). Satuan au merupakan satuan sembarang. Pada umumnya satuan daya laser pada detektor fotoakustik adalah Watt (W) dan satuan sinyal akustik keluaran dari mikropon adalah Volt (V). Namun, pada penelitian ini, alat yang digunakan belum

melalui proses kalibrasi. Hal itu menyebabkan daya laser dan sinyal akustik yang dihasilkan bersatuan sembarang (au). Oleh karena itu, pada penelitian ini, semua sinyal ternormalisir S/P yang diperoleh bersatuan sembarang (au).

Penentuan spektrum serapan etanol dilakukan dengan cara membandingkan sinyal ternormalisir gas nitrogen dengan sinyal ternormalisir gas etanol 8144 ppm. Dari hasil perbandingan tersebut dapat diketahui garis laser yang mempunyai serapan etanol. Berdasarkan hasil perbandingan, serapan etanol paling besar terjadi pada garis laser dengan posisi steppermotor 6020. Garis laser pada posisi steppermotor 6020 merupakan garis laser 10P14. Garis laser yang mempunyai serapan etanol paling besar menunjukkan bahwa garis laser tersebut sensitif untuk mengukur etanol. Sensitifitas serapan etanol ini dipengaruhi oleh konstanta sel fotoakustik, daya laser dan koefisien serapan etanol.

Dari hasil scan tersebut didapat nilai sinyal ternormalisir untuk gas etanol 8144 ppm pada tiap garis laser yang dituliskan pada tabel 4.1. Nilai sinyal ternormalisir S/P (au) ini akan digunakan untuk menentukan koefisien serapan etanol. Pemilihan garis laser yang digunakan sangat penting karena daya laser dan koefisien serapan yang bervariasi. Setelah mengetahui spektrum serapan etanol, perlu ditentukan koefisien serapan etanol untuk masing-masing garis laser.

Koefisien serapan etanol ditentukan dengan cara membandingkan nilai sinyal ternormalisir S/P (au) dari gas etanol 8144 ppm dengan nilai sinyal ternormalisir S/P (au) dari gas etilen 1,1 ppm. Gas etilen 1,1 ppm diperoleh dari pengenceran gas etilen 10 ppm dengan gas nitrogen. Metode pengenceran gas

etilen 10 ppm menggunakan bagan yang sama dengan pengenceran gas etanol 82430 ppm yang ditunjukkan pada gambar 4.6.

Hasil scan untuk gas etilen 1,1 ppm ditunjukkan pada gambar 4.2. Dari hasil scan tersebut, didapat nilai sinyal ternormalisir S/P (au) gas etilen untuk tiap garis laser yang dituliskan dalam tabel 4.1. Dengan mengetahui nilai koefisien serapan etilen pada garis laser 10P14, koefisien serapan etanol dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (9) pada bagian dasar teori. Nilai koefisien serapan etanol dari tiap-tiap garis laser yang dituliskan pada tabel 4.2.

Pada penelitian ini, koefisien serapan etanol digunakan untuk menentukan kemampuan alat untuk mengukur konsentrasi etanol. Dari tabel 4.2, terlihat bahwa koefisien serapan etanol sangat kecil. Hal ini menunjukkan bahwa kemampuan garis laser untuk menyerap etanol sangat kecil. Namun dalam penelitian ini, garis laser tersebut dapat digunakan untuk pengukuran karena konsentrasi etanol yang akan diukur sangat besar. Hal ini ditunjukkan dari pengumpulan gas etanol yang dihasilkan oleh apel.

Untuk pengukuran yang lebih sensitif dimana konsentrasi yang akan diukur kecil, dapat dicari garis laser yang mempunyai koefisien serapan etanol yang besar. Koefisien serapan etanol yang besar berada pada garis laser 9P34 [Walzer, et all]. Penelitian ini tidak menggunakan garis laser 9P34 karena konsentrasi yang akan diukur terlalu besar. Konsentrasi yang terlalu besar akan menyebabkan daya laser habis diserap. Oleh karena itu, penelitian ini menggunakan garis laser dengan koefisien serapan yang kecil.

Pada penelitian ini, pengukuran konsentrasi etanol menggunakan 2 garis laser, yaitu garis laser 10P16 dan garis laser 10P18. Pengukuran konsentrasi etanol pada 2 garis laser dilakukan secara bergantian untuk tiap nilai konsentrasinya. Dari hasil penentuan spektrum serapan etanol, garis laser 10P16 berada pada posisi steppermotor 6103 dan garis laser 10P18 berada pada posisi steppermotor 6188. Dilihat dari sinyal ternormalisir S/P (au) gas etanol 8144 ppm, etanol mempunyai serapan paling besar pada garis laser 10P14 yang berada pada posisi steppermotor 6020. Namun, garis laser 10P14 tidak bisa digunakan untuk mengukur konsentrasi etanol yang dihasilkan apel yang disimpan dalam gas nitrogen. Hal ini dikarenakan saat dilakukan pengecekan, garis laser 10P14 tidak tampil lagi, sehingga, pengukuran konsentrasi dilakukan dengan menggunakan garis laser 10P16 dan garis laser 10P18.

Gambar 4.3 dan 4.4 merupakan gambar grafik hubungan sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama pengukuran (jam) untuk garis laser 10P16 dan garis laser 10P18 dengan lama apel memproduksi etanol 47 jam 52 menit. Kemudian, untuk penelitian yang lain dengan berbagai lama penyimpanan, dibuat juga grafik yang sama. Grafik tersebut akan digunakan untuk menentukan jumlah etanol yang diproduksi apel yang disimpan dalam gas nitrogen dari tiap penelitian. Dari grafik sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama pengukuran (jam) yang diperoleh dari tiap penelitian untuk masing-masing garis laser, dapat ditentukan konsentrasi etanol tiap waktu. Konsentrasi etanol tiap waktu ditentukan dengan menggunakan persamaan (7) pada bagian dasar teori. Konsentrasi etanol tiap waktu untuk penelitian dengan lama apel disimpan dalam gas nitrogen 47 jam

52 menit dengan menggunakan garis laser 10P16, ditunjukkan pada gambar 4.7 berikut :

Gambar 4.7. Grafik hubungan konsentrasi etanol (ppb) terhadap lama pengukuran (jam)untuk garis laser 10P16. Konsentrasi etanol yang diukur merupakan konsentrasi etanol hasil produksi apel yang disimpan selama 47 jam 52 menit.

Gambar 4.7 merupakan grafik hubungan konsentrasi etanol (ppb) terhadap waktu (jam) untuk garis laser 10P16. Konsentrasi etanol yang diukur merupakan konsentrasi etanol hasil produksi apel yang disimpan selama 47 jam 52 menit. Dari gambar 4.7, konsentrasi etanol tiap waktunya semakin menurun. Hal ini menunjukkan bahwa jumlah etanol yang terukur tiap waktunya semakin berkurang. Kemudian, pengukuran konsentrasi etanol dengan menggunakan garis laser 10P18, ditentukan juga konsentrasi tiap waktunya yang ditunjukkan pada gambar 4.8 :

Gambar 4.8. Grafik hubungan konsentrasi etanol (ppb) terhadap lama pengukuran (jam)untuk garis laser 10P18. Konsentrasi etanol yang diukur merupakan konsentrasi etanol hasil produksi apel yang disimpan selama 47 jam 52 menit.

Gambar 4.8, merupakan grafik hubungan konsentrasi etanol (ppb) terhadap waktu (jam)untuk garis laser 10P18. Penentuan jumlah etanol dilakukan dengan cara menghitung luasan konsentrasi etanol, dimana luasan konsentrasi menyatakan jumlah etanol yang dikumpulkan dalam cuvet selama penyimpanan. Perhitungan jumlah etanol menggunakan program Logger Pro. Dengan mengukur konsentrasi etanol dari berbagai lama penyimpanan apel dalam gas nitrogen, dapat dilihat seberapa besar efek samping yang terjadi dengan melihat jumlah etanolnya. Hasil perhitungan jumlah etanol tiap penelitian untuk tiap garis laser dituliskan dalam tabel 4.3 berikut :

Tabel 4.3 : Tabel hubungan luasan konsentrasi

(

ppb.jam

)

terhadap lama penyimpanan

Lama penyimpanan Luasan konsentrasi

(

ppb.jam

)

10P16 10P18

46 jam 52 menit 2057 2071

23 jam 42 menit 1235 1179

12 jam 26 menit 453,4 487,3

6 jam 10 menit 351,4 356,7

Berdasarkan nilai luasan konsentrasi etanol dan kecepatan aliran gas nitrogen pada saat pengukuran, dapat diperoleh nilai volume total dengan mengikuti persamaan berikut :

( )

LK l Valiran

volume= ∗

Dengan :

( )

LK _l= luasan konsentrasi pada garis laser ”l” aliran

V = kecepatan aliran gas pembawa saat pengukuran

Kecepatan aliran gas nitrogen dituliskan dalam tabel 4.4 berikut :

Tabel 4.4 : Tabel kecepatan aliran gas nitrogen (ml/menit) saat pengukuran dari tiap lama penyimpanan

Lama penyimpanan Kecepatan aliran gas nitrogen (ml/liter)

46 jam 52 menit 33,8

23 jam 42 menit 33,7

12 jam 26 menit 33,9

Cara perhitungan untuk tiap penelitian dituliskan pada lampiran 9. Hasil perhitungan volume total dari tiap-tiap penelitian dituliskan pada tabel 4.5 berikut: Tabel 4.5 : hubungan volume total (nanoliter) terhadap lama penyimpanan (jam)

Lama penyimpanan Volume total (nanoliter)

10P16 10P18

47 jam 52 menit 4171,6 4199,9

23 jam 42 menit 2497,2 2383,9

12 jam 26 menit 933,2 991,2

6 jam 10 menit 711,8 723,4

Berdasarkan tabel 4.5, dibuat grafik hubungan volume total (nanoliter) terhadap lama penyimpanan (jam) yang ditunjukkan pada gambar 4.9 berikut :

Gambar 4.9. Grafik hubungan volume total (nanoliter) terhadap lama apel memproduksi etanol (jam)

Pada gambar 4.9 terlihat ada 2 grafik volume total. Hal ini dikarenakan pengukuran konsentrasi menggunakan 2 garis laser, yaitu garis laser 10P16 dan 10P18. Grafik berwarna biru merupakan grafik volume total pada garis laser

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

6,16 12,43 23,7 47,87

lama apel memproduksi etanol (jam)

vo lu m e e ta n o l ( n an o li te r) 10P16 10P18

10P16 dan grafik berwarna merah merupakan grafik volume total pada garis laser 10P18.

Dari gambar 4.9, terlihat bahwa grafik volume total pada garis laser 10P16 berhimpitan dengan grafik volume total pada garis laser 10P18. Hal ini menunjukkan bahwa volume total pada garis laser 10P16 hampir sama dengan volume total pada garis laser 10P18. Berdasarkan hal tersebut, dapat dikatakan bahwa kedua garis laser dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi etanol.

Dari gambar 4.9, dapat dilihat bahwa dari tiap penelitian volume etanol terus meningkat. Hal ini berarti apel terus menerus memproduksi etanol selama berada dalam keadaan kekurangan oksigen. Oleh karena itu, volume etanol yang dikumpulkan akan semakin banyak jika berada dalam gas nitrogen dalam waktu yang lama. Berdasarkan hal tersebut, dapat dikatakan bahwa semakin lama apel berada pada keadaan kekurangan oksigen, maka efek samping yang terjadi semakin besar yang dapat menyebabkan apel mengalami perubahan. Perubahan yang dimaksud adalah rasa apel akan berubah.

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat dikatakan bahwa apel memproduksi etanol saat apel yang berada pada keadaan kekurangan oksigen. Hal ini ditunjukkan dengan diukurnya konsentrasi etanol yang dihasilkan buah apel saat diletakkan dalam gas nitrogen 100%. Pada kegiatan ekspor impor, kualitas buah dijaga agar buah tidak cepat busuk. Cara untuk mempertahankan kualitas buah dilakukan dengan cara mengurangi oksigen dalam tempat penyimpanan. Dalam hal menjaga agar buah tidak cepat busuk, pengurangan oksigen dalam tempat penyimpanan merupakan cara yang paling tepat, karena tanpa oksigen,

buah tidak akan mengalami pematangan. Namun, pengurangan oksigen dalam tempat penyimpanan ini ternyata menimbulkan efek samping yaitu terjadinya fermentasi. Efek samping ini tidak mengubah fisik buahnya. Oleh karena itu, efek samping ini sering tidak diperhatikan.

Dari hasil penelitian, dapat dikatakan bahwa semakin lama apel berada dalam gas nitrogen, maka etanol yang dihasilkan dari proses fermentasi akan semakin banyak. Hal ini berarti semakin lama apel berada dalam keadaan kekurangan oksigen, buah akan terus mengalami fermentasi yang dapat menyebabkan perubahan rasa buah. Oleh karena itu, perlu dicari tempat penyimpanan yang lebih baik lagi dengan memperhatikan efek samping yang terjadi dengan cara mengubah gas dalam tempat penyimpanan.

40

BAB V

KESIMPULAN

A. Kesimpulan

Pada penelitian ini telah dilakukan pengukuran konsentrasi etanol yang dihasilkan buah apel dengan variasi lama penyimpanan apel dalam gas nitrogen. Berdasarkan hasil penelitian yang sudah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:

• Detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dapat digunakan untuk mengukur

konsentrasi etanol.

• Apel akan memproduksi etanol saat berada dalam keadaan kekurangan

oksigen.

• Jumlah etanol yang diproduksi apel dipengaruhi seberapa lama apel berada

dalam keadaan kekurangan oksigen. Semakin lama apel disimpan dalam keadaan kekurangan oksigen, jumlah etanol semakin banyak.

• Volume total etanol yang diproduksi apel yang disimpan dalam gas nitrogen

selama 47 jam 52 menit, 23 jam 42 menit, 12 jam 26 menit dan 6 jam 10 menit berturut-turut adalah 4185,75 nanoliter, 2440,55 nanoliter, 962,2 nanoliter, dan 717,6 nanoliter.

B.Saran

Pada penelitian ini, pengukuran konsentrasi etanol menggunakan garis laser 10P16 dan 10P18. Kedua garis laser tersebut mempunyai koefisien serapan etanol yang kecil. Untuk pengukuran konsentrasi etanol yang kecil, digunakan garis laser yang sensitif untuk etanol.

41

DAFTAR PUSTAKA

Krane, K. S., 1992. Fisika Modern, Jakarta : Universitas Indonesia.

Beiser, Arthur.,1982. Konsep Fisika Modern edisi ketiga. Jakarta : Erlangga.

Weast Ph.D, Robert C.. 1979. Handbook Of Chemistry And Physics. 60th edition. Boca Raton, Florida 33431: CRC Press, Inc.

Walzer, K., Pfundtner, K., Stapf, R., Absorption Measurements Of Far-Infrared Laser Gases With And Without An Electric d.c. Field. Jerman : Physikalisches Institut der Universitat Wurzburg D-8700 Wurzburg.

Santosa, I. E., 2008, Pengukuran Konsentrasi Gas dengan Menggunakan Detektor Fotoakustik, Makalah seminar dosen Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam : Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Platini, L. T., 2010, Aplikasi Detektor Fotoakustik Berbasis Laser CO2 Dalam Pengukuran Konsentrasi Gas Etilen Secara Real Time, Skripsi FST Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

LAMPIRAN 1

Koefisien serapan ditentukan dengan cara membandingkan nilai sinyal ternormalisir S/P gas etanol 8144 ppm dengan nilai sinyal ternormalisir S/P gas etilen 1,1 ppm. Dari hasil perbandingan dan nilai koefisien serapan etilen, dapat ditentukan nilai koefisien serapan etanol. Berikut pembesaran grafik S/P untuk garis laser 10P16 yang berada pada posisi steppermotor 6103 dan garis laser 10P18 yang berada pada posisi steppermotor 6188 yang ditunjukkan pada gambar 1.1 dan 1.2. Kedua garis laser inilah yang digunakan untuk pengukuran konsentrasi etanol yang dihasilkan oleh apel.

Gambar 1.1 : Grafik hubungan sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap posisi steppermotor untuk gas etanol 8144 ppm.

Gambar 1.2 : Grafik hubungan sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap posisi steppermotor untuk gas etilen 1,1 ppm.

LAMPIRAN 2

Pada penelitian pertama, pengukuran konsentrasi etanol yang dihasilkan apel dilakukan untuk lama penyimpanan apel dalam gas nitrogen 47 jam 52 menit. Dari hasil pengukuran didapat nilai sinyal ternormalisir S/P (au) terhadap lama pengukuran (jam). Berdasarkan nilai S/P tersebut, ditentukan nilai konsentrasi etanol tiap waktu. Penentuan konsentrasi etanol tiap waktu menggunakan persamaan (7) pada bagian dasar teori. Nilai S/P dari pengukuran dan nilai konsentrasi tiap waktu ditampilkan dalam tabel 1 berikut :

Tabel 2.1 : Data konsentrasi etanol tiap waktu untuk penelitian dengan lama penyimpanan apel dalam gas nitrogen 47 jam 52 menit untuk garis laser 10P16

TIME[jam]

SIGNAL

[au] POWER[au] S/P [au]

Konsentrasi [ppb]

0,024118 0,001102 4,6631 0,000236 140,7475277

0,034127 0,001057 4,1919 0,000252 150,1839354

0,044338 0,001063 4,4043 0,000241 143,8002471

0,054604 0,001037 4,5459 0,000228 135,9290528

0,064665 0,00107 4,6802 0,000229 136,2550218

0,074841 0,001032 4,1699 0,000248 147,4885084

0,085125 0,00106 4,6948 0,000226 134,4682969

0,095357 0,000953 3,9331 0,000242 144,3842898

0,10571 0,001041 4,8169 0,000216 128,7652839

0,11605 0,00102 4,48 0,000228 135,6556916

0,126276 0,000996 4,3945 0,000227 134,9855026

0,136516 0,001031 4,4727 0,000231 137,3730494

0,146703 0,000995 4,1162 0,000242 143,9701419

0,156831 0,000927 3,9917 0,000232 138,3301136

0,166898 0,00097 4,0088 0,000242 144,1264828

0,177249 0,000946 3,938 0,00024 143,097137

0,187534 0,000529 2,0312 0,00026 155,115186

0,197993 0,001001 4,4409 0,000226 134,3599892

0,208149 0,026038 3,5254 0,007386 4400,561252

0,21946 0,025369 3,6328 0,006983 4160,669455

0,230487 0,024694 3,5498 0,006957 4144,774287

0,241461 0,020047 2,6807 0,007478 4455,703892

0,252761 0,022793 2,9834 0,00764 4551,942634

0,263949 0,023912 3,4912 0,006849 4080,848929

0,275262 0,021733 3,3423 0,006503 3874,267389

0,297483 0,021498 3,2935 0,006527 3889,008109

0,308332 0,020896 3,208 0,006514 3880,842008

0,319195 0,018747 2,915 0,006431 3831,694161

0,330125 0,020067 3,2837 0,006111 3641,027372

0,340904 0,020546 3,3447 0,006143 3659,951636

0,351589 0,019543 3,0762 0,006353 3785,152176

0,362569 0,019997 3,4741 0,005756 3429,504668

0,373659 0,017214 2,6807 0,006422 3826,044469

0,384483 0,018017 3,0566 0,005894 3511,895419

0,395449 0,015917 2,5439 0,006257 3727,934343

0,406139 0,017607 3,23 0,005451 3247,793902

0,416602 0,014168 2,2217 0,006377 3799,658628

0,427289 0,014056 2,4756 0,005678 3382,931904

0,437916 0,017685 3,7109 0,004766 2839,452664

0,448206 0,017989 3,7915 0,004744 2826,817397

0,458818 0,016604 3,7695 0,004405 2624,438039

0,469044 0,017193 3,8281 0,004491 2675,992114

0,479339 0,016548 3,6035 0,004592 2736,052307

0,489629 0,016248 3,7109 0,004378 2608,652587

0,500089 0,015359 3,418 0,004494 2677,288166

0,510326 0,013657 2,9517 0,004627 2756,752359

0,520507 0,014887 3,5278 0,00422 2514,214986

0,530624 0,012894 2,9224 0,004412 2628,794883

0,540755 0,013751 3,3618 0,00409 2437,076289

0,550881 0,013579 3,5107 0,003868 2304,45877

0,560834 0,012974 3,3838 0,003834 2284,444288

0,570963 0,013035 3,5742 0,003647 2172,843948

0,580974 0,011916 3,5962 0,003314 1974,216301

0,592669 0,011822 3,2324 0,003657 2179,039594

0,602555 0,012212 3,7988 0,003215 1915,410827

0,612403 0,010233 2,8662 0,00357 2127,159274

0,624378 0,011281 3,7817 0,002983 1777,291373

0,636304 0,010831 3,3936 0,003192 1901,591626

0,646254 0,01033 3,3374 0,003095 1844,090239

0,656185 0,010469 3,623 0,00289 1721,686874

0,669974 0,009969 3,5498 0,002808 1673,268029

0,682426 0,00931 3,2642 0,002852 1699,261462

0,69254 0,009185 3,5083 0,002618 1559,88514

0,706402 0,009461 3,8037 0,002487 1481,956235

0,718611 0,008774 3,457 0,002538 1512,175274

0,730303 0,007277 3,4399 0,002115 1260,391741

0,743792 0,008111 3,6914 0,002197 1309,206972

0,757506 0,007548 3,335 0,002263 1348,537297

0,769314 0,00762 3,6768 0,002072 1234,807192

0,781062 0,006914 3,6548 0,001892 1127,057556

0,794601 0,007371 4,0063 0,00184 1096,214629

0,806359 0,007035 3,8721 0,001817 1082,517089

0,833966 0,006286 3,6182 0,001737 1035,057035

0,847677 0,005996 3,7402 0,001603 955,1699781

0,86177 0,005985 3,9941 0,001499 892,8488919

0,873614 0,005294 3,4644 0,001528 910,5389483

0,885621 0,005368 3,9771 0,00135 804,1321995

0,899112 0,004576 3,186 0,001436 855,6915035

0,90901 0,005106 4,0771 0,001252 746,2340591

0,920632 0,004966 4,0186 0,001236 736,2470033

0,934049 0,004569 3,7207 0,001228 731,7052433

0,945813 0,00401 3,0884 0,001298 773,5586827

0,956077 0,00455 3,9819 0,001143 680,8572615

0,969819 0,004394 3,9795 0,001104 657,8008205

0,983361 0,003782 3,396 0,001114 663,4853414

0,993209 0,00416 4,0063 0,001038 618,6911641

1,006859 0,003712 3,6548 0,001016 605,1195276

1,018687 0,003747 3,8672 0,000969 577,3012794

1,033074 0,00355 3,7378 0,00095 565,8419896

1,044994 0,003521 4,2798 0,000823 490,2404006

1,058656 0,003421 4,1821 0,000818 487,4336587

1,072428 0,003277 4,2969 0,000763 454,3703536

1,084123 0,003141 4,3262 0,000726 432,5973943

1,098018 0,0031 4,3237 0,000717 427,1963142

1,110053 0,002965 4,2065 0,000705 420,009859

1,123799 0,002738 3,9185 0,000699 416,2819962

1,135549 0,00206 4,3018 0,000479 285,3231441

1,149261 0,00159 4,1846 0,00038 226,4334833

1,162869 0,001208 3,7622 0,000321 191,3092623

1,172959 0,001149 4,3164 0,000266 158,65751

1,182931 0,000889 3,3643 0,000264 157,4680858

1,194796 0,000827 4,3774 0,000189 112,5836663

1,206527 0,000797 4,2969 0,000186 110,5621678

1,220266 0,000733 3,5669 0,000206 122,5059884

1,230277 0,000789 4,2627 0,000185 110,2891033

Tabel 2.2 : Data konsentrasi etanol tiap waktu untuk penelitian dengan lama penyimpanan apel dalam gas nitrogen 47 jam 52 menit untuk garis laser 10P18

TIME[jam] SIGNAL[au] POWER[au] S/P [au]

Konsentrasi [ppb]

9,56E-05 0,000468 1,4087 0,000332 219,4158845

0,019281 0,000637 2,2314 0,000285 188,3521499

0,029348 0,000602 2,3755 0,000253 167,1565637

0,039465 0,000608 2,2656 0,000268 177,1150925

0,04961 0,000448 1,3354 0,000335 221,3215695

0,059766 0,00057 2,1484 0,000265 175,2247148

0,069889 0,000501 1,6895 0,000297 195,7319447

0,080235 0,00056 2,0093 0,000279 183,9879119

0,090346 0,000459 1,3354 0,000344 226,872527

0,100812 0,000556 1,958 0,000284 187,4902865

0,11099 0,000335 0,9277 0,000362 238,6820495

0,121441 0,000541 2,3071 0,000234 154,6510604

0,13162 0,000523 1,9775 0,000265 174,722942

0,141804 0,000532 2,1973 0,000242 159,7384604

0,152061 0,000504 2,1973 0,00023 151,5223268

0,162005 0,000597 2,3706 0,000252 166,2796955

0,172184 0,000431 1,626 0,000265 174,8290161

0,182521 0,000483 1,9775 0,000244 161,3576918

0,193094 0,000549 2,3584 0,000233 153,6101436

0,203267 8,11E-05 0,1465 0,000553 365,1866671

0,213944 0,009089 0,9937 0,009146 6037,457972

0,225137 0,012333 1,8359 0,006718 4434,243933

0,236138 0,011696 1,6211 0,007215 4762,531275

0,247353 0,010438 1,4575 0,007162 4727,463873

0,258541 0,01029 1,311 0,007849 5181,003552

0,269835 0,010473 1,5454 0,006777 4473,172177

0,280904 0,010197 1,6895 0,006036 3984,054229

0,292151 0,009812 1,4087 0,006965 4597,682597

0,303105 0,009649 1,5332 0,006293 4154,127901

0,313957 0,009625 1,5186 0,006338 4183,451623

0,324889 0,009353 1,5137 0,006179 4078,394966

0,335569 0,007108 0,7349 0,009673 6384,73872

0,346412 0,009625 1,7505 0,005498 3629,427636

0,357149 0,004044 0,498 0,00812 5360,13778

0,368341 0,007404 0,9326 0,007939 5240,338881

0,379287 0,008865 1,6846 0,005263 3473,703368

0,390066 0,007643 1,4648 0,005217 3443,984442

0,401021 0,008659 1,582 0,005474 3613,015353

0,4116 0,007796 1,4941 0,005218 3444,398637

0,422171 0,005962 0,9375 0,006359 4197,721851

0,432847 0,006218 1,1279 0,005513 3638,845154

Tabel 5.2 : Data konsentrasi etanol tiap waktu untuk penelitian dengan lama

penyimpanan apel dalam gas nitrogen 6 jam 10 menit untuk

garis laser 10P18

TIME[jam] SIGNAL[au] POWER[au] S/P [au]

Konsentrasi [ppb] 2,83E-05 0,000335 1,5796 0,000212 26,54541

0,0194 0,000296 1,3428 0,000221 27,59059 0,029912 0,000208 0,9546 0,000217 27,1736 0,040541 0,000292 1,0791 0,00027 33,76646 0,051053 0,000321 1,4722 0,000218 27,27967 0,0619 0,000353 1,8433 0,000191 23,90678 0,072429 0,000343 1,8555 0,000185 23,09141 0,082877 0,00034 1,8945 0,00018 22,45507 0,093431 0,000311 1,9702 0,000158 19,73398 0,104002 0,000327 1,8359 0,000178 22,27443 0,114509 0,000331 1,9287 0,000172 21,45545 0,125177 0,000341 1,9971 0,000171 21,33212 0,135725 0,000198 0,6128 0,000323 40,33726 0,146463 0,000337 1,8433 0,000183 22,84686 0,157081 0,000287 1,6846 0,00017 21,30395 0,16776 0,000263 1,2329 0,000213 26,63428 0,17867 0,000284 1,6113 0,000176 22,00778 0,189522 0,000331 1,6895 0,000196 24,45761 0,200324 0,000287 0,2661 0,001077 134,6388 0,211289 0,002113 1,5234 0,001387 173,4011 0,22174 0,002514 1,5332 0,001639 204,9359 0,232411 0,002601 1,687 0,001542 192,7284 0,243088 0,002796 1,6626 0,001682 210,2416 0,253709 0,002062 1,2256 0,001682 210,3055 0,265011 0,001998 0,7568 0,00264 330,0152 0,276269 0,002747 1,7041 0,001612 201,5038 0,287154 0,002621 1,8262 0,001435 179,3753 0,297614 0,002618 1,7065 0,001534 191,7428 0,308248 0,00249 1,6138 0,001543 192,885

0,31888 0,002467 1,6382 0,001506 188,2617 0,329671 0,002393 1,7017 0,001406 175,7847 0,340244 0,002203 1,7676 0,001246 155,7644 0,350815 0,001667 0,9424 0,001769 221,109 0,361734 0,002069 1,7847 0,001159 144,9357 0,372332 0,001869 1,4551 0,001285 160,5675 0,383161 0,001728 1,167 0,00148 185,0401 0,393671 0,001778 1,6016 0,00111 138,792 0,404133 0,001698 1,6699 0,001017 127,121 0,414482 0,001466 1,5308 0,000958 119,6936 0,424936 0,001431 1,5649 0,000914 114,2769 0,435164 0,001359 1,2622 0,001077 134,5751 0,445621 0,001372 1,4648 0,000936 117,0446 0,45603 0,001302 1,5747 0,000827 103,3337

0,487022 0,001167 1,5454 0,000755 94,35231 0,497025 0,001003 0,9863 0,001017 127,1693 0,507259 0,001098 1,6895 0,00065 81,24716 0,517263 0,001031 1,0791 0,000955 119,4001 0,5276 0,000979 1,3965 0,000701 87,62952 0,537609 0,000878 1,0815 0,000812 101,471 0,547929 0,000896 1,145 0,000783 97,8163 0,558617 0,000632 0,625 0,001011 126,3676 0,568918 0,000912 1,5601 0,000585 73,08083 0,579026 0,000743 0,9302 0,000798 99,80082 0,589085 0,000882 1,2891 0,000684 85,50901 0,601055 0,000716 1,2476 0,000574 71,71948 0,610986 0,000716 1,3013 0,00055 68,75988 0,620945 0,00046 0,6299 0,00073 91,27612 0,631163 0,000802 1,5234 0,000527 65,82706 0,641461 0,000679 1,2207 0,000556 69,55005 0,653319 0,000667 1,2305 0,000542 67,80556 0,663326 0,000684 1,2158 0,000562 70,2817 0,673173 0,000656 1,2158 0,000539 67,42042 0,683293 0,000716 1,5405 0,000465 58,123 0,693254 0,000641 1,3281 0,000482 60,29554 0,703096 0,000695 1,6382 0,000424 53,05426 0,714899 0,000609 1,5186 0,000401 50,1192 0,724919 0,000652 1,4307 0,000456 56,95272 0,736667 0,000499 1,0474 0,000476 59,49715 0,746648 0,000372 0,7129 0,000521 65,1527 0,756899 0,000567 1,4429 0,000393 49,1526 0,768816 0,00052 1,3989 0,000371 46,42294 0,780611 0,000396 1,0571 0,000375 46,82608 0,792358 0,000445 1,0156 0,000438 54,80857 0,80422 0,000524 1,582 0,000331 41,39763 0,818268 0,000507 1,6748 0,000303 37,82828 0,832764 0,000453 1,438 0,000315 39,38879 0,844678 0,000275 0,4321 0,000636 79,52417 0,856531 0,000347 1,0132 0,000342 42,7703

0,86822 0,00034 1,1426 0,000298 37,23186 0,878068 0,000574 1,5332 0,000374 46,77539 0,891784 0,000465 1,1011 0,000422 52,7698 0,903441 0,000167 0,1538 0,001086 135,7197 0,915783 0,000319 1,2646 0,000252 31,51679 0,925783 0,000325 1,5967 0,000204 25,45868 0,937636 0,000306 1,5308 0,0002 24,9591 0,951627 0,000332 1,6504 0,000201 25,14762

LAMPIRAN 6

Contoh perhitungan :

•

Konsentrasi gas etanol yang ada di dalam cuvet pada bagian penentuan

spektrum serapan etanol ditentukan dengan cara menentukan tekanan parsial

etanol pada suhu 25

0

C. Penentuan tekanan tersebut berdasarkan tabel 6.1

yang merupakan tabel tekanan parsial etanol terhadap suhu [Weast, 1979] :

Tabel 6.1 : Tabel hubungan tekanan parsial etanol ( mmHg ) terhadap

suhu (

0

C)

Suhu (

0

C ) Tekanan ( mmHg )

19

40

34,9

100

Berdasarkan tabel 6.1, dapat ditentukan tekanan parsial etanol pada suhu

25

0

C dengan menggunakan interpolasi dari kedua data tersebut. Dengan

menggunakan program Logger Pro, diperoleh persamaan garis dari kedua

data tersebut, yaitu

y

=

m

x

+

c

.

dengan m = 3,774

c = -31,70

Dari persamaan garis tersebut, dapat diperoleh tekanan pada suhu 25

0

C

adalah 62,65 mmHg. Tekanan udara normal adalah 1 atm atau sama dengan

760 mmHg, sehingga konsentrasi gas etanol dapat dihitung dengan cara :

=

alkohol

C

0

,

08243

760

65

,

62

=

Dalam satuan ppm, maka didapat konsentrasi :

ppm

x

C

alkohol

6

10

08243

,

0

=

ppm

82430

•

Pengenceran gas dilakukan untuk mengurangi konsentrasi gas saat dilakukan

scan. Hal ini dilakukan untuk mencegah daya habis diserap. Pengenceran gas

mengunakan bagan sederhana yang ditunjukkan pada gambar 4.6 bagian

pembahasan. Perhitungan untuk pengenceran gas menggunakan persamaan

berikut :

total aliran

gas aliran awal

gas campuran

gas

V

V

C

C

_ _ _

_

*

=

dengan :

C

_{gas_campuran}

= konsentrasi gas setelah diencerkan

awal gas

C

_{_}

= konsentrasi gas sebelum diencerkan

gas aliran

V

_{_}

= kecepatan aliran gas yang akan diencerkan

total aliran

V

_

= kecepatan aliran total

=

V

aliran_gas

+

V

aliran_gas_pengencer

pengencer gas

aliran

V

_ _

= kecepatan aliran gas pengencer

Konsentrasi gas etanol adalah 82430 ppm. Kecepatan aliran gas etanol 3,3

ml/menit dan kecepatan aliran gas nitrogen 30,1 ml/menit, sehingga total

kecepatan aliran gas yang masuk ke detektor fotoakusik adalah 30,4 ml/menit.

Dengan menggunakan persamaan diatas, konsentrasi etanol setelah diencerkan

dapat dihitung dengan cara :

menit

ml

menit

ml

ppm

C

_{gase olsetelahdiencerkan}

/

4

,

33

/

3

,

3

*

82430

tan

=

ppm

C

_{gasetanolsetelahdiencerkan}

=

8144

Cara perhitungan tersebut juga digunakan untuk pengenceran gas etilen 10

ppm.

LAMPIRAN 8

•

Penentuan koefisien serapan etanol dilakukan dengan cara membandingkan

nilai S/P (au) dari hasil scan gas etilen 1,1 ppm dengan nilai S/P (au) dari

hasil scan gas etanol 8144 ppm. Nilai koefisien serapan etilen pada posisi

steppermotor 6020 adalah 26,7 cm

-1

. Nilai koefisien serapan etilen tersebut

digunakan untuk menentukan koefisien serapan etanol pada semua garis laser

etanol. Dari hasil perbandingan S/P (au) dan nilai koefisien serapan etilen

tersebut dapat ditentukan koefisien serapan etanol yang mengikuti persamaan

9 berikut :

B A l

A B l A l B l

C

P

S

C

P

S

_ _ _

_

























=

α

α

Dengan S/P etanol pada posisi steppermotor 6020 adalah 27,2 au, S/P etilen

pada posisi steppermotor 6020 adalah 7 au, konsentrasi etanol adalah 8144

ppm dan konsentrasi etilen sebesar 1,1 ppm, dapat dihitung koefisien serapan

etanol dengan cara :

( )

1

_{( )}

( )

₍

(

₎

)

( )

1 6020

_

tan

0

,

014

8144

*

7

1

,

1

*

2

,

27

*

7

,

26

−

=

−

=

cm

ppm

au

ppm

au

cm

ol e

α

•

Berdasarkan luasan konsentrasi (ppb.jam) dan kecepatan aliran gas nitrogen

saat pengukuran berlangsung, volume total ditentukan dengan menggunakan

persamaan :

( )

LK

P

V

aliran

volume

=

_{10 16}

∗

Untuk pengukuran konsentrasi dengan lama penyimpanan 47 jam 52 menit,

diperoleh nilai luasan konsentrasi (ppb.jam) dan kecepatan aliran gas

nitrogen saat pengukuran yang dituliskan dalam tabel 9.1 berikut :

Tabel 9.1 : Tabel luasan konsentrasi (ppb.jam) dan kecepatan aliran gas

nitrogen (ml/menit) untuk tiap lama penyimpanan

Lama

Penyimpanan

Kecepatan Aliran

Gas Nitrogen (ml/menit)

Luasan konsentrasi

(ppb.jam)

10P16

10P18

47 jam 52 menit

33,8

2057

2071

23 jam 42 menit

33,7

1235

1179

12 jam 26 menit

33,9

453,4

487,3

6 jam 10 menit

33,8

351,4

356,7

Berdasarkan tabel 9.1, dapat dihitung volume total etanol untuk lama

penyimpanan 47 jam 52 menit pada garis laser 10P 16 dengan cara :

(

)













∗

=

menit

ml

jam

ppb

volume

2057

.

33

,

8

(

ppb

liter

)

volume

=

4171

,

6

.

nanoliter

volume

=

4171

,

6