PROS Dorce M.M. Retno H. Ferdy S.R. Pengukuran Konsentrasi Abstrak
r
L,B.b.f-.a.3.
a,Z.;l
!t
I
PROSIDING SEMINAR NASIONAL
Penelitian, Pendidikan, dan Penerapan MIPA
Tanggal 16 Mei 2009, FMIPA UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
ISBN : 978-979*9688 0-5-7
Bidang:
Matematika dan Pendidikan Matematika
c
c Fisika dan Pendidikan Fisika
o Kimia dan Pendidikan Kimia
* o Biologi dan Pendidikan Biologi
Tema:
"Revitalisasi MIPA dan Pendidikan MIPA Dalam Rangka
Penguatan Kapasitas Kelembagaan dan Profesionalisme
Menuju World Class Universitf'
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
u n ive rs',t
nra ka rta
ffif % ;f
-dt<
Prosiding Serninar J-4.' iottul Peneliticur, Pencliclilian, clan Penerapqn fuIIPA
Fakultos )IIP 1. L'niversitcts lVegeri Yogyakarta, l6 Mei 2009
PENGUKURAN KONSENTRASI ETANOL PADA CATIPURAN ETANOL.AI
NIENGGUNAKAN LED NIR
Dorce
)I. \Iogot. Retno Haril'ani. Ferdl'S.
Rondonurvu
Program Studi Fisika, Fakultas Sairts ilun -\Iatenratiku, Lrniyersitas Kristen Satya Wacana,
Jl. Diponegoro 52-60 Salatiga, 5071 I , Irtclorrcsit. E-nnil: ferdy_sr@yahoo.com
Abstrak
Konsentrasi etanol dalam campuran
air
etanol ,lertgcur herbugcti l;onsentrasi diuktn'
menggunakan teknik serapan pada gelombang elektromognetik ili dttet'ah \-IR yaitLt I450 nm.
LED dengan emisi maksimum pada 1450 nm dilewatkan pada sel sampel clengan panjang
lintasan optik l0 mm. Cahaya yang diserap ntelalui sanrpel ditrktr dengon cara
membandingkan tegangan keluaran fotodioda sebelum dan setelah .;ttntpel clintasukkan
dalam sel. Konsentrasi etanol diatur secera sistematis yoitu 5. 10. 15. .... 100',o. )lasingmasing nilai serapan pada 1450 nm diukur pada masing-nasing kons€ntrasi ttntuk
mendapatkan kun,a kalibrasi. Selanjfinya, kun,a kalibrasi cligunakan unrttk nrenprecliksi
konsentrasi etanol pada sampel yang lain. Hasil analisis km,o t'oliclasi metruttitrkkatr hoht;a
konsentrasi nyata dan konsetrasi prediksi NIR adalah konsisten dan ukurur. -\IeroJe ini
berpotensi besar Ltntltk dikembangkan sebagai alat r.rkur konsentrasi etanol petda skalu besor'
dengan biaya yang sangat murah.
Kata kunci: Prediksi NIR, Konsentrasi etanol-air.
A.
PENDAHTTLUAN
Pengukuran konsentrasi etanol dalam air penting dalam industri minuman, terutama dalam
proses produksi. Namun demikian, pengukuran yang akurat dan cepat biasanya membutuhkan
waktu relatif lama dibandingkan proses produksi tersebut. Misalnya, dalam industri minuman yang
menggunakan telcrik fermentasi, konsentrasi etanol perlu dimonitor sehingga, dapat menentukan
laju formasi etanol. Disamping itu, penentuan konsentrasi etanol membantu dalam menentukan
kapan proses fermentasi tersebut dapat dihentikan. Pada industri penyulingan bioetanol, sering kali
konsentrasi bioetanol bervariasi dan tidak dapat diketahui secara cepat. Akibatnya, harga bioetanol
yang dihasilkan memiliki mutu yang bervariasi dan berakibat pada rendahnya harga jual. Oleh
sebab itu, alat ukur bioetanol yang sederhana dan akurat perlu dirancang.
Paper ini melaporkan desain sederhana alat ukur konsentrasi etanol yang diujicobakan pada
campuran etanol-air dengan berbagai konsentrasi. Fokus pada laporan ini adalah bagaimana
memanfaatkan gelombang elektromagnetik pada daerah Inframerah dekat (Near Infrared, NII.)
menggunakan LED (light emitting diode) dan fotodioda yang bersesuaian. Teknik yang digunakan
adalah dengan melakukan perbandingan intensitas cahaya pada 1450 nm sebelum dan setelah
melewati sampel.
B.
SPEKTRUM SERAP AIRDAN ETANOL
Vibrasi dan kombinasi vibrasi O-H pada molekul air secara dominan muncul pada daerah
infra merah yaitu pada panjang gelombang 2899 nm atau bersesuaian dengan 3450 crn'[ref.l].
Namun demikian, serapan IR pada panjang gelombang tersebut sangat dominan, sehingga secara
praktis hampir tidak ada gelornbang elektromagnetik yang dapat lolos pada lapisan air dengan
ketebalan 1 mm sekalipun. Dilain pihak overton dan kombinasi overton dari vibrasi ini muncul
pada daerah NIR (4000-10000 crn') pada panjang gelombang 5155 cnr-r (1940 nm) dan 6944 cml
(1440 nm) dengan tingkat serapan yang sangat memadai untuk analis air dan konsentrasinya pada
campuran tertentu. Overton ikatan hidrogen O-H terlihat jelas pada daerah near infrared 140004000 crnt Overton pertama dan kedua dari ikatan hidrogen O-H pada etanol berada pada panjang
F
-t67
L,B.b.f-.a.3.
a,Z.;l
!t
I
PROSIDING SEMINAR NASIONAL
Penelitian, Pendidikan, dan Penerapan MIPA
Tanggal 16 Mei 2009, FMIPA UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA
ISBN : 978-979*9688 0-5-7
Bidang:
Matematika dan Pendidikan Matematika
c
c Fisika dan Pendidikan Fisika
o Kimia dan Pendidikan Kimia
* o Biologi dan Pendidikan Biologi
Tema:
"Revitalisasi MIPA dan Pendidikan MIPA Dalam Rangka
Penguatan Kapasitas Kelembagaan dan Profesionalisme
Menuju World Class Universitf'
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
u n ive rs',t
nra ka rta
ffif % ;f
-dt<
Prosiding Serninar J-4.' iottul Peneliticur, Pencliclilian, clan Penerapqn fuIIPA
Fakultos )IIP 1. L'niversitcts lVegeri Yogyakarta, l6 Mei 2009
PENGUKURAN KONSENTRASI ETANOL PADA CATIPURAN ETANOL.AI
NIENGGUNAKAN LED NIR
Dorce
)I. \Iogot. Retno Haril'ani. Ferdl'S.
Rondonurvu
Program Studi Fisika, Fakultas Sairts ilun -\Iatenratiku, Lrniyersitas Kristen Satya Wacana,
Jl. Diponegoro 52-60 Salatiga, 5071 I , Irtclorrcsit. E-nnil: ferdy_sr@yahoo.com
Abstrak
Konsentrasi etanol dalam campuran
air
etanol ,lertgcur herbugcti l;onsentrasi diuktn'
menggunakan teknik serapan pada gelombang elektromognetik ili dttet'ah \-IR yaitLt I450 nm.
LED dengan emisi maksimum pada 1450 nm dilewatkan pada sel sampel clengan panjang
lintasan optik l0 mm. Cahaya yang diserap ntelalui sanrpel ditrktr dengon cara
membandingkan tegangan keluaran fotodioda sebelum dan setelah .;ttntpel clintasukkan
dalam sel. Konsentrasi etanol diatur secera sistematis yoitu 5. 10. 15. .... 100',o. )lasingmasing nilai serapan pada 1450 nm diukur pada masing-nasing kons€ntrasi ttntuk
mendapatkan kun,a kalibrasi. Selanjfinya, kun,a kalibrasi cligunakan unrttk nrenprecliksi
konsentrasi etanol pada sampel yang lain. Hasil analisis km,o t'oliclasi metruttitrkkatr hoht;a
konsentrasi nyata dan konsetrasi prediksi NIR adalah konsisten dan ukurur. -\IeroJe ini
berpotensi besar Ltntltk dikembangkan sebagai alat r.rkur konsentrasi etanol petda skalu besor'
dengan biaya yang sangat murah.
Kata kunci: Prediksi NIR, Konsentrasi etanol-air.
A.
PENDAHTTLUAN
Pengukuran konsentrasi etanol dalam air penting dalam industri minuman, terutama dalam
proses produksi. Namun demikian, pengukuran yang akurat dan cepat biasanya membutuhkan
waktu relatif lama dibandingkan proses produksi tersebut. Misalnya, dalam industri minuman yang
menggunakan telcrik fermentasi, konsentrasi etanol perlu dimonitor sehingga, dapat menentukan
laju formasi etanol. Disamping itu, penentuan konsentrasi etanol membantu dalam menentukan
kapan proses fermentasi tersebut dapat dihentikan. Pada industri penyulingan bioetanol, sering kali
konsentrasi bioetanol bervariasi dan tidak dapat diketahui secara cepat. Akibatnya, harga bioetanol
yang dihasilkan memiliki mutu yang bervariasi dan berakibat pada rendahnya harga jual. Oleh
sebab itu, alat ukur bioetanol yang sederhana dan akurat perlu dirancang.
Paper ini melaporkan desain sederhana alat ukur konsentrasi etanol yang diujicobakan pada
campuran etanol-air dengan berbagai konsentrasi. Fokus pada laporan ini adalah bagaimana
memanfaatkan gelombang elektromagnetik pada daerah Inframerah dekat (Near Infrared, NII.)
menggunakan LED (light emitting diode) dan fotodioda yang bersesuaian. Teknik yang digunakan
adalah dengan melakukan perbandingan intensitas cahaya pada 1450 nm sebelum dan setelah
melewati sampel.
B.
SPEKTRUM SERAP AIRDAN ETANOL
Vibrasi dan kombinasi vibrasi O-H pada molekul air secara dominan muncul pada daerah
infra merah yaitu pada panjang gelombang 2899 nm atau bersesuaian dengan 3450 crn'[ref.l].
Namun demikian, serapan IR pada panjang gelombang tersebut sangat dominan, sehingga secara
praktis hampir tidak ada gelornbang elektromagnetik yang dapat lolos pada lapisan air dengan
ketebalan 1 mm sekalipun. Dilain pihak overton dan kombinasi overton dari vibrasi ini muncul
pada daerah NIR (4000-10000 crn') pada panjang gelombang 5155 cnr-r (1940 nm) dan 6944 cml
(1440 nm) dengan tingkat serapan yang sangat memadai untuk analis air dan konsentrasinya pada
campuran tertentu. Overton ikatan hidrogen O-H terlihat jelas pada daerah near infrared 140004000 crnt Overton pertama dan kedua dari ikatan hidrogen O-H pada etanol berada pada panjang
F
-t67