di SeminarSelamat Datang

Oleh :Nursukmasari Qomaria 1108100058

Di bawah bimbingan :

Endarko, M.Si, Ph.D.

Pendahuluan

Pengukuran pH

Pengukuran ion hydrogen dalam suatu larutan. Larutan dengan nilai pH rendah dinamakan ”asam” sedangkan yang harga pH-nya tinggi dinamakan

”basa”

Inovasi Pengembangan Sensor

Fiber optik

Fiber optik sebagai sensor pH

Rumusan Masalah

2. Bagaimana mengetahui hubungan tingkat keasaman larutan dengan nilai tegangan output yang tertera pada LCD ?

1. Bagaimana merancang fiber optik plastik sebagai sensor pH ?

2) Mengidentifikasi dan menganalisiss hubungan antaranilai pH suatu larutan dengan tegangan keluaran

1) Membuat sensor pH menggunakan fiber optik

TUJUAN PENELITIAN

Perambatan cahaya dalam fiber optik yang telah dikupascladding-nya dengan penambahan coating bahantertentu, akan mengalami efek luminescence maupunfluorescence akibat reaksi kimia dari bahan terhadap cahayasehingga menyebabkan adanya emisi cahaya yang terabsorbsioleh bahan tersebut dengan panjang gelombang berbeda dariperambatan semula. (T.L. Yeo, 2008)

Cahayadalam

fiber optik

PengukuranPH

Pengukuran pH seraca kuantitatif dapat menggunakanelektroda potensiometrik. Elektroda ini memonitor perubahanvoltase yang disebabkan oleh perubahan aktifitas ion hidrogen(H+) dan hidroksida (OH-) dalam larutan (Robert, C. Francis, A. 2002).

Sensor PHPerancangan fiber optik sebagai sensor pH dengan berlandaskanpada pandu gelombang dalam fiber optik dan terabsorbsinyacahaya oleh zat asam-basa dengan bantuan bahan “resin” sebagai bahan pengganti cladding nya.

Kerangka Pemikiran

Kerangka Pemikiran

Mengkarakterisasi Fiber Optik Multimode

Teknik Pengelupasan Cladding

Penggantian Cladding dengan Coating Bahan yang peka terhadap perubahan PH

Perlunya pengetahuan mangenai prinsip kerja sensor PH danpandu gelombang dalam fiber optik

Pengkarakterisasian sensor melaluipengukurantegangankeluaranterhadap nilai pH larutan referensi

PembuatanRangkaianPengkondisisinyal

Pengolahan Data digital menggunakanmikrokontroller

Rangkaian mikrokontrollerRangkaian sensor dan

pengkondisi sinyal keluaran

Rangkaian Sensor PH Berbasis Serat Optik

Metode Penelitian

Tahapan Pembuatan Alat

Spesifikasi Alat

PerencanaanBlok Diagram

Rangkaian

Prinsip Kerja Sistem

Perancangan Alat :

Suplai Daya

Rangkaian LED dan Fotoresistor (LDR)

Perancangan Sensor dan Pemberian

Coating

Rangkaian Mikrokontroller ATMEGA 8535

Pengolahan & analisis data

• Pengolahan sinyal keluaran berupa tegangan yang dikonversikan terhadap nilai pH suatu larutan

• Analisis sistem % Error

Lokasi & waktu

Penelitiandilakukan diLabratoriumElektronikaJurusanFisika ITS Maret – Juli2012

Spesifikasi Sensor pH

1. Sumber cahaya yang digunakan adalah Ledinfra merah dengan photoresistor sebagaipenerima intensitas cahaya yang masuk

2. Pada kupasan cladding fiber optikdigunakan resin dan kunyit sebagai coating

3. Keluaran dari sensor pH ini berupa nilai pHhasil konversi tegangan pada layar LCD

Blok Diagram Rancangan Penelitian

Catu daya

Sumber Cahaya (LED)

Fiber dengan Coating Resin

MikrokontrollerRangkaian

Pengkondisi Signal

Cairan Asam-Basa

Photoresistor

LCD

Rangkaian LED dan Photoresistor

LEDInframerah

(IF-E91)Photoresistor/LDR (IF-D92)

Rangkaian Mikrokontroller

ATMEGA8535

Perancangan Sensor Fiber Optik

Pemotongan Serat Optik sepanjang 20 cm

Pengkupasan cladding pada bagian tengah Serat Optik sepanjang 2 cm.

Pengkupasan cladding setebal20 um dilakukan dengan caramenggosokan kapas yg telahdibasahi dengan cairan Aseton

Penempelan bahan Resin dan bahan kunyit pada bagian cladding yang telah dikupas.

Perancangan konfigurasi serat optik untuk sistem sensor dengan variasi lekukan

Pemasangan satu ujung serat optik pada fototransistor dan satu ujung yang lain pada LED infra merah

Variasi Lekukan Fiber Optik

Pengujian Rangkaian Catu Daya

VOLTMETER

Power Supply +12 Volt

Pengujian Rangkaian Catu Daya (+ 12 Volt)

Pengukuran ke Teg.Input (volt) Teg. Output (volt)

1 12 12.03 -0.005 0.0000025

2 12 12.03 -0.005 0.0000025

3 12 12.02 -0.015 0.00023

4 12 12.04 0.005 0.0000025

5 12 12.04 0.005 0.0000025

6 12 12.03 -0.005 0.0000025

7 12 12.04 0.005 0.0000025

8 12 12.04 0.005 0.0000025

9 12 12.04 0.005 0.0000025

10 12 12.04 0.005 0.0000025

Rata-rata = 12.035 0.0002525

)(−

− xx 2)(−

− xx

( ) =−∑ 2xx

Pengujian Rangkaian Catu Daya (+ 12 Volt)

• Ralat Pengukuran

Pengujian Rangkaian Sensor

Hasil pengujian sensor dengan menggunakan LED infra merahdengan perulangan sebanyak 5 kali.

Sebelum tercelup dalam larutan pH diperoleh :1.53 ± 0.01 Volt → fiber optik berbentuk U1.47 ± 0.01 Volt → fiber optik berbentuk γ

Pengujian Rangkaian Sensor dengan Larutan Uji

Pengujian Rangkaian Sensor

012345

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tega

ngan

Kel

uara

n

pH

Tegangan Lekukan U

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tega

ngan

Kel

uara

n

pH

Tegangan Lekukan ال

Hasil pengujian respon sensor setelah dicelupkan ke dalam larutan pH secara kontinyu

Tingkat Larutan pH

Tegangan Keluaran (V)

U γ

min max min max

1 3.8 5 3.5 4.99

2 3.2 3.8 2.8 3.5

3 2.9 3.2 2.6 2.8

4 2.64 2.9 2.3 2.6

5 2.21 2.64 1.93 2.3

6 1.84 2.21 1.534 1.93

7 1.57 1.84 1.3 1.53

8 0 1.57 0 1.3

9 0 3.1 2.6 3.1

10 0 2.41 0 2.5

11 0 0.87 0 0.98

12 0 0.36 0 0.52

Pengujian Rangkaian Sensor

Hasil pengujian respon sensor setelah dicelupkan ke dalam larutan pH secara berkala/periodik

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tega

ngan

Kel

uara

n

pH

Tegangan Lekukan U

00,5

11,5

22,5

33,5

44,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tega

ngan

Kel

uara

n

pH

Tegangan Lekukan ال

WaktuTingkat Larutan

pH

Tegangan Keluaran (V)

U γ

min max min max

Hari Pertama

12 0.2 1.36 0.59 1.32

11 0.16 1.26 0.21 0.98

10 0.04 1.12 0.07 1.11

5 jam berikutny

a

1 3.6 5 3.3 4.92

2 2.8 3.6 2.7 3.3

3 2.5 2.8 2.2 2.7

Hari kedua

4 2.18 2.62 1.83 2.2

7 1.43 2.12 1.25 1.32

9 1.19 1.36 1.12 1.13

5 jam berikutny

a

5 2.11 2.25 1.72 1.83

6 1.97 2.17 1.32 1.72

8 1.34 1.39 1.11 1.25

Reaksi ikatan

R-K + H+ → R-H + Kation (K)R-A + OH- → R-OH + Anion(A)

Ir. A. Husaini M.T,2011)

Pada fiber optik lekukan U diperoleh nilai teganganyang lebih besar dibandingkan nilai tegangan padafiber optik dengan lekukan ال

ANALISIS DATA

Untuk pengujian ketahanan coating fiber optik sebagaisensor, pengambilan data tegangan keluaran secara kontinyudiperoleh linearitas antara pH 1-8. Secara berkala diperoleh grafiklinear dari pH 1 sampai pH 9. Pada rentan pH selanjutnyadiperoleh nilai tegangan keluaran yang nilainya semakin menurunsampai pada titik tertentu → aktivitas OH

Reaksi Ikatan Antara Coating dengan Larutan Uji

R + NH4OH R- OH- +NH4+

ASAM

R-K + H+ R-H + Kation (K)

BASA

R-A + OH- R-OH + Anion(A)

R + HCl R- H+ + Cl-

KESIMPULAN

1). Pada saat pengujian sensor sebelum dicelupkan pada larutan pH didapatkan tegangan output rata-rata sebesar 1.53 ± 0.01 Volt untukfiber optik berbentuk U dan diperoleh 1.47 ± 0.01 Volt untuk fiber optik berbentuk .ال

3). Fiber optik multimode sebagai sensor dengan coating bahan resindan kunyit ini lebih cocok digunakan pada rentan pH 1 sampai8, dengan anjuran pemakaian secara berkala

2). Pada saat pengujian sensor setelah dicelupkan pada larutan-larutan pH didapatkan grafik linearitas dimana semakin besar nilai pH, maka diperoleh tegangan output yang semakin kecil

4). Fiber optik dengan lekukan berbentuk الmempunyai losses cahaya yang lebih kecil dibanding lekukan berbentuk U

SARAN

1) Dalam tugas akhir berikutnya sebaiknya dibuat coating dengan perbandingan bahan resin, katalis, dan indikator yang lebih peka terhadap perubahan pH dan dapat mengikat ion H+ dan OH-

2) Diperlukan standarisasi pengupasan fiber optik sebagai sensor pHsehingga dalam pembuatan dalam jumlah banyak selalu sama

Tegangan Keluaran Pada Voltmeter

Tingkat Larutan pH

Tegangan Keluaran (V)U ال

1 11.98 11.918

2 11.928 11.63

3 11.936 11.874

4 11.956 11.856

5 11.874 11.78

6 11.98 11.866

7 11.882 11.816

8 11.92 11.88

9 11.95 11.886

10 12.02 12.022

11 11.18 10.06

12 10.66 9.35

y = -0,072x + 12,24R² = 0,395

99,510

10,511

11,512

12,513

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112

Tega

ngan

Out

put

PH

tegangan lekukan U

tegangan lekukan ULinear (tegangan lekukan U)

y = -0,143x + 12,42R² = 0,364

99,510

10,511

11,512

12,513

13,514

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112

Tega

ngan

Out

put

PH

tegangan lekukan ال

tegangan lekukan ال

Linear (tegangan lekukan ال)

Pembuatan Larutan PH “ASAM” dan “BASA”

Pembuatan Larutan Asam Menggunakan HCL 12 M

Melaui Perhitungan :M1 x V1 = M2 x V2

MHCl x VHCl = Mlarutan x Vlarutan

12 x VHCl = 0.1 x 120 mlVHCl = 1 ml

Vaquades = 120 ml – 1 ml = 119 ml

PH 1 PH 2

Melaui Perhitungan :M1 x V1 = M2 x V2

MHCl x VHCl = Mlarutan x Vlarutan

0.1 x VHCl = 0.01 x 100 mlVHCl = 10 ml

Vaquades = 100 ml – 10 ml = 99 ml

Dan selanjutnya

Pembuatan Larutan PH “ASAM” dan “BASA”

Pembuatan Larutan Basa Menggunakan NH4OH 4,3 M

Larutan NH4OH diencerkanmenggunakan aquades sampai

batas tertera nilai pH 8 padaPHmeter

PH 8 PH 9

Larutan NH4OH diencerkanmenggunakan aquades sampai

batas tertera nilai pH 9 padaPHmeter

Dan selanjutnya