aplikasi detektor fotoak ustik berbas is laser co … · tuhan yesus kristus yang selalu menyertai...
TRANSCRIPT
APLIKASI DETEKTOR FOTOAKUSTIK BERBASIS LASER CO2 DALAM PENGUKURAN KONSENTRASI GAS ETILEN SECARA
REAL – TIME
Skripsi
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat
Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Jurusan Fisika
Disusun Oleh:
Laurensia Trimeta Platini
NIM : 053214002
PROGRAM STUDI FISIKA
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA 2010
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
THE APLICATION OF CO2 LASER – BASED PHOTOACOUSTIC
DETECTOR IN THE REAL – TIME MEASUREMENT OF ETHYLENE
GAS CONCENTRATION
A THESIS
Presented as Partial Fulfillment of the Requirements
To Obtain The Sarjana Science
In Physics Department
by :
Laurensia Trimeta Platini
NIM : 053214002
PHYSICS STUDY PROGRAM
PHYSICS DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA 2010
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
v
“ Trimalah didikanku, lebih dari pada perak dan pengetahuan lebih dari pada emas pilihan
“ (Amsal 8:10)
“ Sukses tidak diukur dari posisi yang dicapai seseorang dalam hidup, tapi dari kesulitan – kesulitan yang berhasil diatasi ketika berusaha meraih sukses”
(Booker T Washington)
“ Segala sesuatu yang awalnya sulit akan
terasa mudah bila kita selalu berfikir positif,
berusaha dan selalu tersenyum dalam
menghadapinya”
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vi
Kupersembahkan karya ini kepada :
Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai
setiap langkah hidupku dan selalu
mendengarkan permohonanku.
Bunda Maria penolongku.
Kedua orang tua, dan saudaraku tercinta
Universitas Sanata Dharma almamaterku.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
INTISARI
APLIKASI DETEKTOR FOTOAKUSTIK BERBASIS LASER CO2 DALAM PENGUKURAN KONSENTRASI GAS ETILEN
SECARA REAL – TIME Detektor fotoakustik merupakan alat untuk mengukur konsentrasi gas dari
berbagai sampel. Detektor tersebut bekerja bila terjadi penyerapan energi laser
oleh gas di dalam sel fotoakustik yang dapat menimbulkan bunyi. Detektor
tersebut mampu mengukur konsentrasi gas dengan waktu tanggap cepat, sensitif,
selektif, dan tidak mengganggu sampel.
Dalam penelitian ini, telah dilakukan aplikasi detektor fotoakustik berbasis
laser CO2 dalam pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel secara real – time.
Aplikasi detektor dalam pengukuran secara real – time, mengakibatkan proses
perubahan produksi gas etilen dari sampel dapat diketahui setiap waktu. Pada
penelitian ini, buah apel fuji diusahakan agar tidak memproduksi gas etilen lagi.
Usaha tersebut dilakukan dengan cara mengurangi kandungan Oksigen dari 20%
menjadi 10% dalam total campuran gas pada lingkungan penyimpanan, bahkan
menghilangkan gas Oksigen pada lingkungan penyimpanan. Dengan diketahuinya
proses perubahan produksi gas etilen setiap waktu pada masing – masing
lingkungan penyimpanan, dapat diketahui bahwa Gas Oksigen berpengaruh pada
produksi gas etilen. Pada penelitian ini, gas etilen paling banyak dihasilkan pada
lingkungan penyimpanan yang mengandung 20% Oksigen. Sedangkan, setelah
dilakukan pengukuran konsentrasi gas secara real – time selama 5 jam 45 menit
pada lingkungan penyimpanan tanpa Oksigen, gas etilen tidak diproduksi lagi.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
ABSTRACT
THE APLICATION OF CO2 LASER – BASED PHOTOACOUSTIC
DETECTOR IN THE REAL – TIME MEASUREMENT OF ETHYLENE
GAS CONCENTRATION
Photoacoustic detector is a device to measure gas concentration of various
samples. The detector works when gas absorbs laser energy in the photoacoustic
cell which causes sound. The detector is able to measure gas concentration
quickly, sensitively and selectively without affecting the samples.
In this research, the application of CO2 laser-based photoacoustic detector
in the real – time measurement of ethylene gas concentration was conducted to
several samples. By the application of detector in the real – time measurement, the
process of an ethylene gas production can be known every time. In this research,
measurement tries to eliminate ethylene production of Fuji apple. An effort was
conducted to reduce Oxygen content from 20% to 10% out of the gases intervened
in the process. Even, it was desired to completely eliminate the Oxygen in the
storage environment. By knowing the change of ethylene production of each time
in each storing environment, it was found out that Oxygen influences ethylene
production. In the research, ethylene gas is mostly produced in the storage
environment containing 20% of Oxygen. Meanwhile, after the real – time gas
concentration measurement was conducted for 5 hours 45 minutes in the storage
environment without Oxygen, ethylene gas was not produced anymore.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yesus Kristus atas
rahmat, kasih, karunia serta penyertaan-Nya yang diberikan kepada penulis
selama penyusunan skripsi yang berjudul “APLIKASI DETEKTOR
FOTOAKUSTIK BERBASIS LASER CO2 DALAM PENGUKURAN
KONSENTRASI GAS ETILEN SECARA REAL – TIME”. Skripsi ini disusun
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana sains di Program Studi
Fisika Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan
dengan baik karena adanya bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada
kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bunda Maria yang telah mendengarkan segala doa dan permohonan
penulis.
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 skripsi dan dosen penguji, yang dengan penuh
kesabarannya telah membimbing, membantu, menyemangati serta
meluangkan waktunya kepada penulis selama perkuliahan, penelitian dan
proses penulisan skripsi ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
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. Drs. Vet. Asan Damanik, M.Si, Dwi Nugraheni Rositawati, M.Si dan
segenap Dosen prodi Fisika, FST Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
yang telah mendidik dan membagikan ilmunya kepada penulis selama ini.
7. Segenap karyawan FST Universitas Sanata Dharma yang telah membantu
selama masa studi. Para laboran, Bapak Sugito, Mas Ngadiono dan Mas
Bima yang telah banyak membantu penulis selama penelitian.
8. Ayahku, Antonius Pulunggono dan ibuku, Maria Suwartini, yang sabar
membimbing, memberikan dukungan, doa dan kasih sayangnya kepada
penulis.
9. Stefanus Kristianto Cahyo Purwanto, Benedictus Nugroho Dwi Handoko,
Nikolas Catur Pandoyo dan Eduwardus Cahyo Bintoro selaku saudara
kandung, yang selalu memberikan doa, semangat dan dukungannya
kepada penulis.
10. Eyang Heronimus Tamjiz dan Emma Sri Kartijah Djojosupotro, Yustinus
Jumino dan Anastasia Sogiyem Kartopawiro, yang selalu mendoakan dan
memberikan motivasi kepada penulis.
11. Tante M. Supiyati yang telah banyak membantu, memberikan motivasi
dan mendampingi penulis selama penulisan skripsi ini.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
12. Fransiskus Asisi Oktora Dwi Haryanto, Fransiska Yeni Anggarini, dan
Lulu Qiuntriani Jisura, yang senantiasa mewarnai angkatan 2005,
memberikan motivasi dan masukannya kepada penulis.
13. Rekan penelitianku Fransiska Endang Kinasih dan Katarina Watini, atas
segala bantuan dan kerjasamanya.
14. Teman-teman Fisika angkatan 2002 dan angkatan 2004, yang senantiasa
membantu serta menguatkan penulis.
15. Brigita Leny Dwi Astuti dan Fransiska Sri Puji Astuti yang selalu berjuang
bersama, memotivasi dan mendengarkan curahan hati penulis dengan
sabar.
16. Teman-teman kos yang selama ini telah memberikan doa, dukungan dan
bantuan baik moral maupun spriritual kepada penulis terutama dalam
menyelesaikan skripsi ini.
17. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah
banyak membantu selama penulis menyelesaikan studi.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih banyak
kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua
pihak. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca
dan memberikan sedikit sumbangan buat Ilmu Pengetahuan.
Yogyakarta, 30 Desember 2009
Penulis
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ........................................................................................... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING .................................................. iii
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................ iv
HALAMAN MOTTO .......................................................................................... v
HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................ vi
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................................ 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
1.1. Latar Belakang ……………………………………………………… 1
1.2. Rumusan Masalah...…………………………………………………. 3
1.3. Batasan Masalah…………………………………………………….. 4
1.4. Tujuan Penelitian……………………………………………………. 4
1.5. Manfaat Penelitian………………………………………………….. 4
1.6. Sistematika Penulisan……………………………………………….. 5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
BAB II DASAR TEORI
2.1. Teori Atom…………………………………………………………. 6
2.2. Teori Molekul…………..………………………………………….. 7
2.3. Detektor Fotoakustik Berbasis Laser …..……………………….…. 8
2.3.1.Laser CO2 …………………………………………………..... 9
2.3.2.Sel Fotoakustik ……………………..………………………... 11
BAB III EKSPERIMEN
3.1. Tempat Penelitian………………………...………………………… 15
3.2. Alat dan Bahan……..……………………………….…………….. 15
3.2.1. Alat – Alat …………………………………………..………. 15
3.2.2. Bahan …...……………………….…………………………... 16
3.3. Bagian – bagian dalam Detektor Fotoakustik berbasis Laser CO2 .. 17
3.3.1 Laser CO2….………………………………………………... 18
3.3.2 Sel Fotoakustik ………………………………………...….... 20
3.3.3 Lock – in amplifier ………………………………..………… 20
3.4. Pengoprasian Alat………………..………………………………… 21
3.4.1. Pengukuran Daya Laser………..…………………………..… 21
3.4.2. Kalibrasi………………..………………..…………………… 21
3.4.3. Pengukuran Konsentrasi gas etilen...……………..………….. 22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil…………………………..…………………………………… 27
4.1.1. Pengukuran Daya Laser………………...…………………… 27
4.1.2. Kalibrasi ……………………...………..…………………… 28
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
4.1.3. Pengukuran Konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel .. 31
4.2. Pembahasan ………………………...……………………………... 37
BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan….……......………………………..…………………... 54
5.2. Saran……......………………………………………………..……... 55
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………….…... 56
LAMPIRAN …………………………………………………………………... 57
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1: Data sinyal ternomalisir yang diukur untuk menentukan letak garis laser pada serapan etilen ………………..…………...….... 57
Tabel 2: Data konsentrasi gas etilen standar 1 ppm yang diukur saat kalibrasi... 58 Tabel 3: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi
buah apel fuji………………………….……………………………….. 59 Tabel 4: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi
buah pisang kepok……………………………………………………... 60
Tabel 5: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi kecambah kacang hijau …………………………...………...………... 61
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xviii
DAFTAR GAMBAR
halaman
Gambar 2.1 Model Atom Bohr.........................................................…........... 7
Gambar 2.2 Proses Eksitasi ..………………………………………..…........... 7
Gambar 2.3 Proses Deeksitasi ........................................................................... 7
Gambar 2.4 Sketsa Tingkat Energi Molekul : tingkat energi elektronik, tingkat energi vibrasi dan tingkat energi rotasi ............................. 8
Gambar 2.5 Komponen utama pada detektor fotoakustik …………..………. 8
Gambar 2.6 Komponen Laser ......................................................................... 10
Gambar 3.1 Detektor Fotoakustik dengan Laser CO2 yang digunakan dalam penelitian …………………………………….………….. 15
Gambar 3.2 Bagian – bagian dalam detektor fotoakustik yang digunakan ……………....................................................... 17
Gambar 3.3 Rangkaian alat saat kalibrasi .…………………………….…… 22
Gambar 3.4 Rangkaian alat pada pengukuran konsentasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2 …….... 23 Gambar 3.5 Rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan campuran yang mengandung 10% O2………………........……………………… 24 Gambar 3.6 Rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan tanpa Oksigen (0% O2)... 24 Gambar 4.1 Grafik hubungan daya laser [au] terhadap posisi steppermotor Pada arus 10,75 mA ………………………….…………...…… 27
Gambar 4.2 Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas udara .………. 28
Gambar 4.3 Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi
steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm .............…………………………………………………... 29
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xix
Gambar 4.4 Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm …………………………………………………….…….. 30 Gambar 4.5 Grafik hubungan konsentrasi [ppb] terhadap waktu [jam]
untuk gas etilen 1 ppm yang dialirkan.……………...…….....…. 31 Gambar 4.6 Grafik hubungan konsentrasi gas etilen [ppb] yang diproduksi apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau terhadap waktu [jam] pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2 ......................……........................................................... 33 Gambar 4.7 Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi
apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2, yang diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 10% O2 …………….................... 35
Gambar 4.8 Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2 yang diubah menjadi lingkungan 0% O2…...................................................................................... 36
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Suatu pengukuran dikatakan ideal bila tidak mengubah kondisi sampel
yang diukur. Pengubahan kondisi sampel akan menyebabkan perubahan nilai
besaran yang diukur dari nilai sebenarnya [Doebelin,1992]. Munculnya gangguan
pada instrumen dan masukan yang mengganggu saat pengukuran, dapat membuat
hasil pengukuran tidak akurat. Untuk menghindari hal tersebut, gangguan harus
dieliminasi [Doebelin,1992]. Pengukuran yang ideal membutuhkan instrumen
yang memenuhi beberapa persyaratan antara lain : sensitif, selektif, tidak
mengganggu sampel yang diukur, dan waktu tanggap cepat.
Buah adalah salah satu komoditi ekspor – impor. Pada umumnya buah
diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% Oksigen. Pada
lingkungan tersebut, buah akan terus mengalami pematangan. Pada proses
pematangan, buah akan memproduksi gas etilen untuk setiap waktunya. Emisi
etilen merupakan tanda masaknya buah [Santosa,2008].
Bila buah akan melalui proses pendistribusian dalam waktu yang lama,
produksi gas etilen oleh buah harus dihambat agar tidak diproduksi lagi. Produksi
gas etilen dipengaruhi oleh gas yang digunakan pada lingkungan tersebut. Untuk
dapat menghambat produksi gas etilen, pengukuran konsentrasi gas etilen yang
diproduksi buah perlu dilakukan pada beberapa lingkungan penyimpanan dengan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
kandungan gas yang berbeda. Pada beberapa lingkungan penyimpanan tersebut,
gas etilen yang diproduksi buah, diamati proses perubahan produksinya dan
diukur konsentrasinya. Bila buah berada pada lingkungan penyimpanan dengan
kandungan gas yang dapat menghambat produksi gas etilen, konsentrasi gas etilen
yang dihasilkan akan berkonsentrasi kecil. Pada proses perubahan produksi, gas
etilen yang dihasilkan berubah – ubah setiap waktunya. Untuk itu, dibutuhkan
alat yang memiliki waktu tanggap cepat, sensitif, selektif, tidak mengganggu buah
dan dapat digunakan secara real – time.
Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah dapat dilakukan
dengan menggunakan Gas Chromatograpy (GC). Namun, GC memiliki waktu
tanggap yang lama. Hal tersebut mengakibatkan pengukuran konsentrasi gas
etilen secara real - time tidak dapat dilakukan. GC kurang sensitif untuk
mengukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah. Bila diukur dengan
menggunakan GC, gas etilen tersebut harus dikumpulkan terlebih dahulu.
Pengumpulan gas etilen tersebut dapat mengakibatkan kondisi buah dan
lingkungan penyimpanan buah tersebut berubah.
Selain kromatografi gas, ada sistem lain yang lebih baik untuk mengukur
konsentrasi gas etilen dari buah, yaitu detektor fotoakustik berbasis laser CO2.
Detektor ini mampu mengukur lebih dari satu macam gas secara serempak,
sensitif dan selektif. Detektor ini mempunyai waktu tanggap cepat dan langsung
terhubung dengan tempat dimana buah penghasil gas yang diukur berada.
Detektor ini dapat digunakan dalam pengukuran secara real - time [Santosa,2008].
Detektor ini dapat digunakan untuk mengetahui adanya proses perubahan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
produksi gas etilen, agar dapat dilakukan penghambatan produksi gas etilen yang
dihasilkan buah. Detektor ini mampu melakukan pengukuran konsentrasi gas
etilen, tanpa mengubah kondisi buah dan lingkungan penyimpanan buah yang
digunakan.
Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah pada penelitian
ini dilakukan dengan menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2. Buah
tersebut diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan dengan kandungan
gas yang berbeda. Dengan digunakannya detektor fotoakustik berbasis laser CO2
dalam pengukuran konsentrasi gas etilen, diharapkan dapat menunjukkan adanya
proses perubahan produksi gas etilen, agar dapat dilakukan penghambatan
produksi gas etilen yang dihasilkan buah. Meskipun pengukuran konsentrasi gas
etilen dilakukan dalam waktu yang lama, kondisi buah dan lingkungan
penyimpanan buah yang digunakan, diharapkan tidak berubah.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan diatas, permasalahan
yang diangkat dalam skripsi ini meliputi :
1. Bagaimana menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dalam
pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel secara real –
time.
2. Bagaimana cara mengetahui proses perubahan produksi gas etilen setiap
waktu, agar dapat dilakukan penghambatan produksi gas etilen yang
dihasilkan buah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
1.3. Batasan Masalah
Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel secara real –
time dilakukan menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2 yang ada di
Laboratorium Analisa Kimia Fisika Pusat, Universitas Sanata Dharma. Untuk
membedakan lingkungan penyimpanan yang digunakan, kandungan Oksigen
dalam lingkungan penyimpanan divariasikan menjadi lingkungan campuran yang
mengandung 20% O2, 10% O2, dan 0% O2.
1.4. Tujuan Penelitian
1. Mengaplikasikan detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dalam
pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel secara real –
time.
2. Mengetahui proses perubahan produksi gas etilen yang diproduksi buah
setiap waktu, agar dapat dilakukan penghambatan produksi gas etilen yang
dihasilkan buah.
1.5. Manfaat Penelitian
1. Memberikan informasi tentang penggunaan detektor fotoakustik berbasis
laser CO2 pada pengukuran secara real time.
2. Memberikan informasi bahwa pengukuran konsentrasi gas etilen secara
real – time dapat dimanfaatkan untuk mengusahakan penghambatan
produksi gas etilen yang dihasilkan buah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
1.6. Sistematika Penulisan
Penelitian ini akan dituliskan dengan sistematika sebagai berikut:
BAB I Pendahuluan
Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, rumusan masalah
dan batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian dan
sistematika penulisan.
BAB II Dasar Teori
Bab ini menguraikan tentang teori atom, teori molekul dan detektor
fotoakustik berbasis laser
BAB III Eksperimen
Bab ini menguraikan tentang tempat pelaksanaan, alat dan bahan yang
digunakan, bagian – bagian dalam Detektor Fotoakustik berbasis Laser
CO2, pengoprasian alat dengan cara pengukuran daya laser, kalibrasi
dan pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel pada variasi
lingkungan penyimpanan yang berbeda.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Bab ini menguraikan tentang hasil dan pembahasan dari eksperimen
yang dilakukan.
BAB V Penutup
Bab ini berisi kesimpulan dan saran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
BAB II
DASAR TEORI
2.1.1. Teori Atom
Pada tahun 1913, Niels Bohr mengemukakan bahwa atom ternyata mirip
sistem planet mini [Krane,1992]. Elektron dengan massa m bergerak dalam
tingkat energi berbentuk lingkaran dengan jari-jari r, dan kecepatan v mengelilingi
inti atom bermuatan positif, tampak pada Gambar 2.1. Elektron tersebut dapat
berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi yang lain.
Perpindahan elektron dari tingkat energi yang rendah E0 ke tingkat energi
yang lebih tinggi E1, tampak pada Gambar 2.2. Perpindahan tersebut dinamakan
eksitasi. Untuk melakukan eksitasi, elektron membutuhkan energi dari luar yang
sesuai dengan energi transisi dari kedua tingkat energi tersebut. Pada proses
eksitasi tersebut terjadi proses penyerapan energi oleh elektron. Energi tersebut
akan diserap oleh elektron untuk berpindah dari tingkat energi E0 ke tingkat energi
E1. Selisih dari kedua tingkat energi ΔE, mengikuti persamaan 2.1.
01 EEE −=Δ (2.1)
Perpindahan elektron dari tingkat energi yang tinggi E1 ke tingkat energi
yang lebih rendah E0 dinamakan deeksitasi. Perpindahan tersebut tampak pada
Gambar 2.3. Pada proses deeksitasi, elektron akan memancarkan energi dalam
bentuk gelombang elektromagnetik dengan tenaga h . Elektron yang berada pada
tingkat energi E1 akan kehilangan energi dan akan berpindah ke tingkat energi
yang lebih rendah E0. Proses deeksitasi mengikuti persamaan 2.2.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
υhEE =− 01 (2.2)
dengan : E1 merupakan tingkat energi tinggi
E0 merupakan tingkat energi rendah
h merupakan tetapan Planck yang besarnya 6,63.10-34 J.s
υ merupakan frekuensi gelombang elektromagnetik
Gambar 2.1. Gambar 2.2. Gambar 2.3. Model atom Bohr Proses eksitasi Proses deeksitasi
2.1.2. Teori Molekul
Molekul adalah kumpulan atom – atom yang saling mengikat sehingga
bergabung menjadi satu. Molekul dapat menyerap dan memancarkan energi
seperti pada sebuah atom [Krane, 1992]. Penyerapan dan pemancaran energi pada
sebuah molekul dapat terjadi pada tiap – tiap tingkat energi yang dimiliki
molekul.
Molekul memiliki tiga jenis tingkat energi yaitu tingkat energi elektronik
tingkat energi vibrasional, dan tingkat energi rotasional. Dari masing-masing
tingkat energi elektronik, ada beberapa tingkat energi vibrasi. Dari masing-masing
tingkat energi vibrasi ada beberapa tingkat energi rotasi. Sketsa dari tiga jenis
tingkat energi molekul tampak pada Gambar 2.4.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
Gambar 2.4. Sketsa tingkat energi molekul : tingkat energi elektronik, tingkat energi vibrasi dan tingkat energi rotasi
2.1.3. Detektor Fotoakustik berbasis laser
Efek Fotoakustik disebut juga optoakustik. Efek fotoakustik pertama kali
ditemukan oleh Alexander Graham Bell pada tahun 1880 [Spike,2006]. Efek
Fotoakustik pada dasarnya merupakan konversi cahaya menjadi gelombang bunyi.
Detektor fotoakustik mengukur langsung intensitas cahaya yang diserap
oleh sampel. Detektor fotoakustik mempunyai beberapa komponen penting, yaitu
laser dan sel fotoakustik. Laser digunakan sebagai sumber cahaya. Pada sel
fotoakustik terdapat resonator dan mikrofon. Komponen penting pada detektor
fotoakustik, tampak pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5. Komponen utama pada detektor fotoakustik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
Jika frekuensi laser disamakan dengan frekuensi transisi dari molekul yang
berada di dalam sel fotoakustik, sebagian molekul dengan tingkat energi E0 akan
dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi E1. Molekul-molekul dengan tingkat
energi E1 kemudian akan melakukan proses deeksitasi dengan melepaskan energi
eksitasinya. Proses deeksitasi dapat terjadi secara radiasi maupun non - radiasi.
Apabila pelepasan energi eksitasi berlangsung secara non-radiasi, maka pada
waktu bertumbukan molekul tersebut akan memberikan energi eksitasinya kepada
molekul yang ditumbuknya. Oleh molekul yang ditumbuk, energi eksitasi tersebut
digunakan sebagai energi translasi atau energi kinetik. Kenaikan energi kinetik
tersebut akan menyebabkan kenaikan suhu dan tekanan. Apabila laser dimodulasi
dengan chopper, tekanan dalam sel fotoakustik akan berubah secara periodik.
Perubahan tekanan atau bunyi tersebut akan ditangkap dan diukur dengan
menggunakan mikrofon. Keluaran dari mikrofon tersebut akan diperkuat oleh lock
– in amplifier [Santosa,2008].
2.3.1. Laser CO2
Sumber cahaya yang digunakan pada detektor fotoakustik adalah laser.
Digunakannya laser pada detektor fotoakustik karena laser memiliki intensitas
spektral yang tinggi dan dapat ditala. Frekuensi laser dapat disamakan dengan
frekuensi transisi molekul yang akan dideteksi. Salah satu jenis laser yang dapat
digunakan pada detektor fotoakustik adalah laser CO2. Laser CO2 tersebut bekerja
pada panjang gelombang mμ9 - 11 mμ . Detektor fotoakustik berbasis laser CO2
sangat sensitif untuk mengukur etilen dengan batas deteksi pada orde ppt (part per
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
trillion, 1:1012) [Santosa,2008]. Hal ini dikarenakan etilen mempunyai koefisien
serapan yang sangat tinggi di daerah operasi laser tersebut.
Laser CO2 merupakan laser yang terdiri dari beberapa komponen, yaitu :
bahan aktif, power supply, dan resonator optis (Gambar 2.6). Resonator optis pada
laser CO2 terdiri dari sebuah kisi dan sebuah cermin. Power supply digunakan
untuk memberikan daya pada laser CO2. Pada bahan aktif terdapat 3 jenis gas
yaitu gas CO2, gas N2 dan gas He. Gas CO2 adalah gas utama pembentuk laser
CO2. Gas N2 dapat membantu menaikkan populasi pada tingkat atas. Sedangkan,
gas He dapat membantu mengurangi populasi pada tingkat bawah [Laud,1988].
Gambar 2.6. Komponen Laser
Syarat terjadinya laser adalah terjadinya proses pancaran terangsang. Pada
kondisi normal, populasi molekul CO2 pada tingkat energi rendah lebih banyak
daripada populasi molekul CO2 pada tingkat energi yang lebih tinggi. Agar
terjadinya proses pancaran terangsang, kondisi inversi populasi harus terpenuhi
(pers. 2.3), dimana jumlah populasi tingkat atas (N2) lebih banyak dari jumlah
populasi tingkat bawah (N1).
12 NN > (2.3)
Untuk mencapai keadaan seperti pada pers.2.3, molekul CO2 aktif dipicu
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
untuk mencapai kondisi inversi populasi dengan memberikan energi pada molekul
CO2 tersebut.
Untuk mempertahankan kondisi inversi populasi pada molekul CO2, perlu
dilakukan penguatan laser. Penguatan laser dapat dilakukan dengan cara
meletakkan molekul CO2 tersebut diantara kisi dan cermin parsial. Kisi dan
cermin parsial tersebut akan memantulkan cahaya kembali ke dalam molekul
CO2, sehingga terjadi pancaran terangsang tambahan. Pantulan cahaya bolak-balik
antara kisi dan cermin parsial tersebut akan merangsang molekul CO2 untuk
melakukan deeksitasi dengan memancarkan energi yang sama.
Pada cermin parsial, sebagian berkas akan dipantulkan, sebagian berkas
lainnya akan keluar dari resonator optis melalui cermin tersebut. Berkas yang
keluar tadi merupakan keluaran laser [Krane,1992].
2. 3.2. Sel fotoakustik
Sel fotoakustik yang ada pada detektor fotoakustik memiliki komponen
utama yaitu resonator dan mikrofon. Sel fotoakustik merupakan komponen yang
berfungsi sebagai tempat konversi berkas cahaya laser menjadi bunyi yang akan
ditangkap mikrofon. Dalam sel fotoakustik akan terjadi penyerapan tenaga laser
oleh gas yang ada di dalamnya. Hal tersebut dapat mengakibatkan kenaikan suhu
dan tekanan di dalam sel fotoakustik. Karena berkas laser dimodulasi, maka
tekanannya akan berubah secara periodik. Perubahan tekanan secara periodik atau
bunyi tersebut kemudian akan ditangkap mikrofon. Bunyi yang ditangkap oleh
mikrofon tersebut terkait juga dengan daya laser, konsentrasi gas yang ada di
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
d
f
d
d
p
f
l
t
b
dalam sel
[Santosa, 20
Buny
sebesar υ , m
Untu
fotoakustik,
[Besson,200
dengan : R
dimana : c
Dari
pada jenis g
fotoakustik t
Pada
laser, koefis
terdapat satu
besaran yang
fotoakustik,
008].
yi dengan pa
mengikuti pe
uk jenis gas d
memiliki k
06] :
R merupaka
v
p
cc
=γ
cp = panas je
= panas j
persamaan
gas yang ad
tersebut bern
a teknik fot
sien serapan
u jenis gas
g lain, dinya
, koefisien
anjang gelom
ersamaan 2.4
λυ =
dengan mass
kecepatan b
υ =
an konstanta
nis gas pada
enis gas pad
2.5, kecepa
da di dalam
nilai tertentu
oakustik, ke
dan konsen
“g”, hubun
atakan dalam
l CS =
serapan d
mbang λ dan
4 :
fλ
sa molar M
bunyi sebes
MRTγ
gas univers
a tekanan kon
da volume ko
atan bunyi υ
m sel fotoaku
u sesuai deng
eluaran dari
ntrasi gas. Ji
ngan antara
m persamaan
glglCCP α
an konstant
n frekuensi
pada suhu T
sar υ , men
al yang nila
nstan
onstan
υ pada sel
ustik. Kecep
gan jenis gas
i mikrofon
ika di dalam
keluaran mi
2.6. [Santos
ta sel foto
f, memiliki
T yang ada d
ngikuti persa
inya 8,3144
fotoakustik
patan bunyi
s yang digun
tergantung
m sel fotoaku
ikrofon dan
sa,2008]:
12
oakustiknya
i kecepatan
(2.4)
di dalam sel
amaan 2.5
(2.5)
J/(mol K).
tergantung
dalam sel
nakan.
pada daya
ustik hanya
besaran –
(2.6)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
dengan : lS adalah sinyal keluaran mikrofon
l adalah jenis garis laser
lP adalah daya laser
C adalah konstanta sel akustik
gC adalah konsentrasi gas “g” yang berada dalam sel fotoakustik
glα adalah koefisien serapan dari gas “g” pada garis laser jenis “l”
Dari persamaan 2.6 dapat diperoleh sinyal ternormalisir dengan daya
laser, mengikuti persamaan 2.7 [Santosa,2008]:
( ) glgl CCPS α=/ (2.7)
Nilai konsentrasi gas (Cg) dari persamaan 2.7, diperoleh dengan mengukur
nilai sinyal keluaran mikrofon (S) dan daya laser (P). Persamaan 2.7, berlaku
untuk satu nilai panjang gelombang laser. Dalam praktek, untuk menghindari
gangguan serapan dari molekul lain, perlu dilakukan pengukuran untuk beberapa
panjang gelombang laser.
Apabila di dalam sel fotoakustik terdapat lebih dari satu jenis gas,maka
masing-masing gas akan memberikan sumbangan pada sinyal keluaran dari
mikrofon. Sinyal keluaran mikrofon ternormalisir total memenuhi persamaan 2.8
[Santosa,2008]:
( ) ( )∑ ∑==G
g
G
gglgll CCPSPS α// (2.8)
dengan G adalah cacah komponen gas yang berada di dalam fotoakustik.
Bila pengukuran menggunakan dua garis laser, maka sinyal keluaran
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
mikrofon ternormalisir untuk garis laser pertama 1−
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
lPS
, menggunakan
persamaan 2.9. Untuk garis laser kedua 2−
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
lPS
, menggunakan persamaan 2.10.
∑ ∑ −−−
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ G
g
G
gglg
ll
CCPS
PS
111
α (2.9)
∑ ∑ −−−
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ G
g
G
gglg
ll
CCPS
PS
222
α (2.10)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
BAB III
EKSPERIMEN
3.1.1. Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Analisa Kimia Fisika Pusat,
Kampus III Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3.2. Alat dan Bahan
3.2.1.1. Alat – alat
Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
a. Detektor Fotoakustik berbasis Laser CO2, tampak pada gambar 3.1 :
Gambar 3.1. Detektor fotoakustik berbasis laser CO2 yang digunakan dalam penelitian
Detektor fotoakustik berbasis Laser CO2 berfungsi sebagai alat ukur
konsentrasi etilen.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
b. Personal Computer (PC)
PC berfungsi mencatat data dan mengendalikan proses pengukuran.
c. Flow Controller
Flow controller digunakan untuk mengatur aliran gas yang akan masuk
pada cuvet dan detektor fotoakustik.
d. Flowmeter digital
Flowmeter digital berfungsi sebagai petunjuk besarnya aliran gas yang
digunakan dalam penelitian. Pada flowmeter ini akan ditampilkan
besarnya aliran gas yang digunakan dalam satuan ml/menit.
e. Cuvet
Cuvet berfungsi sebagai tempat sampel. Selain itu, cuvet juga
berfungsi sebagai tempat terjadinya percampuran gas - gas yang akan
digunakan sebagai lingkungan penyimpanan sampel.
3.2.2. Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut :
a. buah apel Fuji RRC, pisang, dan kecambah
Buah dan kecambah tersebut digunakan sebagai sampel penghasil
gas etilen.
b. Gas udara
Gas tersebut berfungsi sebagai lingkungan penyimpanan sampel,
medium pada sel fotoakustik dan sebagai pengencer gas etilen
standar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
c. Gas O2 dan N2
Gas – gas tersebut berfungsi sebagai lingkungan penyimpanan
sampel. Gas - gas tersebut diencerkan dan diatur kadungan gas
Oksigennya. Pengubahan kandungan gas Oksigen tersebut dilakukan
untuk menyelidiki pengaruh gas Oksigen terhadap produksi gas
etilen yang dihasilkan. Dalam lingkungan penyimpanan yang
digunakan, kandungan Gas O2 diubah menjadi:
• 20% O2 dan 80% N2
• 10% O2 dan 90% N2
• 0% O2 dan 100% N2
d. Gas etilen 10 ppm
Gas etilen tersebut diencerkan hingga menjadi 1 ppm dengan
menggunakan gas udara. Gas tersebut digunakan saat kalibrasi.
3.3. Bagian – bagian dalam Detektor Fotoakustik berbasis Laser CO2
Gambar 3.2. Bagian – bagian dalam detektor fotoakustik yang digunakan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
Bagian – bagian dalam detektor fotoakustik berbasis laser CO2, tampak pada
Gambar 3.2. Bagian – bagian dalam detektor tersebut antara lain :
3.3.1. Laser CO2
Laser CO2 pada detektor fotoakustik yang digunakan dilengkapi dengan :
a. Laser CO2
Laser CO2 pada Gambar 3.2 bagian 5 berfungsi sebagai sumber
cahaya. Bahan aktif pada laser CO2 diletakkan dalam tabung sealed-
off yaitu pada pipa bagian dalam. Bahan aktif tersebut diisi ke dalam
pipa bagian dalam kemudian ditutup. Pipa bagian luar pada tabung
tersebut digunakan sebagai tempat air yang berasal dari saluran air
kran yang berfungsi sebagai pendingin laser. Selama beroperasi, air
tersebut terus menerus dialirkan dengan kecepatan dan tekanan
tertentu. Pengaturan kecepatan dan tekanan tersebut bertujuan untuk
menghindari kebocoran pada tabung laser.
b. Powermeter
Powermeter pada Gambar 3.2 bagian 1 digunakan sebagai pengukur
keluaran daya yang dihasilkan oleh laser CO2.
c. Piezo
Piezo pada Gambar 3.2 bagian 2a berfungsi untuk mengatur panjang
resonator optis. Pada pengaturan tersebut, piezo akan menggeser
posisi cermin parsial yang ada di depannya. Dengan berubahnya
posisi cermin tersebut maka panjang resonator optis akan berubah.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
Pengubahan tersebut dilakukan untuk mengoptimalisasi kerja laser
agar dihasilkan daya yang terbesar.
d. Cermin parsial
Cermin parsial pada Gambar 3.2 bagian 2b terletak tepat di depan
piezo dan kedudukannya melekat dengan piezo. Sebagian berkas
yang keluar dari cermin tersebut, merupakan keluaran laser.
e. Diafragma
Diafragma pada Gambar 3.2 bagian 3 digunakan untuk membantu
memfokuskan sinar laser saat pelurusan laser. Diafragma yang
digunakan pada detektor ini berjumlah 2 buah.
f. Kisi
Kisi pada Gambar 3.2 bagian 7 berperan dalam memantulkan cahaya
laser dan berperan dalam memilih panjang gelombang laser. Hal
tersebut dilakukan dengan cara mengubah kedudukan kisi dengan
bantuan steppermotor.
g. Steppermotor
Steppermotor pada Gambar 3.2 bagian 8 berfungsi untuk
menggerakkan kisi pada kedudukan yang sesuai sehingga panjang
gelombang laser yang diinginkan dapat diperoleh.
h. Chopper
Chopper pada Gambar 3.2 bagian 6 berfungsi untuk memodulasi
berkas laser agar tekanan pada sel fotoakustik berubah secara
periodik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
i. Laser kontrol
Laser kontrol pada Gambar 3.2 bagian 10 berfungsi untuk
mengontrol kerja laser CO2.
j. Power supply
Power supply pada Gambar 3.2 bagian 11 digunakan untuk
memberikan daya pada laser CO2.
3.3.2. Sel fotoakustik
Sel fotoakustik pada detektor ini diletakkan di antara resonator optis. Oleh
karena itu, detektor ini disebut detektor dengan sistem intrakavitas. Sistem
intrakavitas diterapkan dalam detektor ini agar pada sel fotoakustik
diperoleh daya laser tinggi. Di dalam sel fotoakustik terdapat mikrofon
dan resonator. Mikrofon pada Gambar 3.2 bagian 4a berfungsi untuk
menangkap bunyi yang diakibatkan oleh adanya penyerapan daya laser
oleh gas di dalam sel fotoakustik. Resonator pada Gambar 3.2 bagian 4.b
berfungsi sebagai tempat terjadinya resonansi bunyi.
3.3.3. Lock-in Amplifier
Sinyal keluaran dari mikrofon diperkuat oleh lock – in amplifier. Lock-in
Amplifier pada Gambar 3.2 bagian 9, pada dasarnya merupakan penapis
(filter) yang dapat disamakan dengan frekuensi sinyal. Penapis yang
demikian ini akan menolak kebanyakan derau yang tidak diinginkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
sehingga mampu mengukur sinyal yang sangat kecil dengan teliti walau
sinyal tesebut diselubungi oleh derau / noise.
3.4. Pengoprasian Alat
3.4.1. Pengukuran Daya Laser
Sebelum detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dioperasikan pada
pengukuran konsentrasi gas etilen, detektor tersebut harus dioptimalisasikan.
Optimalisasi dilakukan dengan cara mengatur posisi kisi dan cermin yang
digunakan. Optimalisasi tersebut dilakukan agar dihasilkan daya yang tinggi.
3.4.2. Kalibrasi
Pada penelitian ini, gas yang diukur adalah gas etilen. Agar gas etilen
dapat diukur dengan baik maka perlu dilakukan kalibrasi untuk gas etilen terlebih
dahulu. Kalibrasi dilakukan dalam dua tahap yaitu : mengukur sinyal ternormalisir
untuk mengetahui posisi garis laser pada serapan etilen dan pengukuran
konsentrasi gas etilen standar.
Pengukuran sinyal ternormalisir untuk mengetahui posisi garis laser pada
serapan etilen dilakukan dengan menggunakan rangkaian alat pada Gambar 3.3.
Pada rangkaian Gambar 3.3 tersebut, pada sel fotoakustik awalnya dialiri gas
udara. Setelah mengalirkan gas tersebut, dilakukan pengukuran sinyal
ternormalisir. Setelah itu, dilakukan pengukuran sinyal ternormalisir saat sel
fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm. Pengaliran gas etilen 1 ppm pada sel
fotoakustik, dilakukan dengan cara mengencerkan gas etilen 10 ppm hingga
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
menjadi 1 ppm dengan menggunakan gas udara. Pengaliran tersebut menggunakan
rangkaian Gambar 3.3.
Gambar 3.3. Rangkaian alat saat kalibrasi
Dari hasil dua pengukuran di atas, akan dihasilkan grafik hubungan antara
sinyal ternormalisir terhadap posisi steppermotor. Dengan membandingkan kedua
grafik pengukuran tersebut, dapat diketahui letak garis laser 10P14 dan 10P16
yang digunakan dalam pengukuran konsentrasi gas etilen. Letak kedua garis laser
tersebut dapat diketahui dengan cara mencari pertambahan sinyal ternormalisir
yang berasal dari serapan gas etilen pada kedua grafik tersebut. Setelah diperoleh
garis laser pada pengukuran etilen, dilakukanlah pengukuran konsentrasi gas
etilen standar. Pengukuran tersebut disajikan dalam grafik hubungan konsentrasi
[ppb] terhadap waktu [jam] untuk gas etilen 1 ppm yang dialirkan.
3.4.3. Pengukuran konsentrasi gas etilen
Pada penelitian pertama, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen
yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau secara
real - time. Pengukuran tersebut bertujuan untuk menyelidiki apakah ketiga
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
sampel yang digunakan, menghasilkan gas etilen saat diletakkan pada lingkungan
udara yang mengandung 20% Oksigen. Pengukuran dilakukan dengan
menggunakan rangkaian alat pada Gambar 3.4. Buah apel fuji adalah sampel yang
pertama kali diukur dalam penelitian pertama.
Sebelum buah apel fuji tersebut dimasukkan, pengukuran konsentrasi gas
etilen, dilakukan pada lingkungan udara. Setelah ditunggu beberapa saat, buah
apel fuji dimasukkan dalam cuvet. Dengan dimasukkannya buah apel fuji ke
dalam cuvet berarti produksi gas etilen yang diproduksi buah tersebut dapat
diukur konsentrasinya. Untuk mengukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi
buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau, langkah – langkah pengukuran
yang dilakukan sama seperti pada saat pengukuran konsentrasi buah apel fuji di
atas.
Gambar 3.4. Rangkaian alat pada pengukuran konsentasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau pada
lingkungan udara yang mengandung 20% O2
Pada penelitian kedua, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang
dihasilkan buah apel fuji yang diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan
yang berbeda kandungan gas Oksigennya. Kandungan Oksigen divariasikan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
menjadi lingkungan campuran yang mengandung 20% O2, 10% O2, dan 0% O2.
Konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji ketika diletakkan pada
beberapa lingkungan penyimpanan tersebut akan dipantau dan diamati proses
produksinya. Hal tersebut dilakukan untuk mengetahui pengaruh gas Oksigen dari
masing – masing lingkungan penyimpanan terhadap produksi gas etilen oleh apel.
Rangkaian pada Gambar 3.5 merupakan rangkaian pada pengukuran
konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan campuran yang
mengandung 10% O2. Rangkaian pada Gambar 3.6 merupakan rangkaian pada
pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan
tanpa Oksigen (0% O2).
Gambar 3.5. rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi
apel fuji untuk lingkungan campuran yang mengandung 10% O2
Gambar 3.6. rangkaian pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji untuk lingkungan tanpa Oksigen (0% O2).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
Pada awal pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel
fuji, lingkungan yang digunakan adalah lingkungan campuran yang mengandung
80% N2 dan 20% O2. Rangkaian alat yang digunakan adalah rangkaian pada
gambar 3.5. Setelah campuran gas tersebut dialirkan ke dalam cuvet, apel fuji
dimasukkan ke dalam cuvet. Kemudian konsentrasi gas etilen dari apel tersebut
diukur dan proses produksi gas etilen tersebut diamati beberapa saat. Setelah itu,
lingkungan penyimpanan dalam cuvet diubah.
Untuk pengubahan lingkungan penyimpanan yang pertama, lingkungan
penyimpanan yang awalnya adalah lingkungan campuran yang mengandung 80%
N2 dan 20% O2, diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 90% N2
dan 10% O2. Pengubahan tersebut dilakukan dengan cara memperkecil aliran gas
Oksigen yang digunakan. Rangkaian alat yang digunakan saat pengubahan
tersebut tetap sama, yaitu rangkaian pada Gambar 3.5.
Untuk pengubahan lingkungan penyimpanan yang kedua, awalnya
lingkungan penyimpanan buah apel fuji yang digunakan adalah lingkungan
campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Pada saat itu, rangkaian alat
yang digunakan adalah rangkaian pada Gambar 3.5. Setelah beberapa saat
dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen pada lingkungan tersebut,
lingkungan penyimpanan yang digunakan diubah menjadi lingkungan yang
mengandung 100% N2 dan 0% O2. Hal tersebut dilakukan dengan cara mengubah
rangkaian pada gambar 3.5 menjadi rangkaian pada gambar 3.6. Setelah rangkaian
diubah, pada rangkaian masih terdapat gas Oksigen. Pembersihan rangkaian dari
kandungan Oksigen, dilakukan dengan cara membesarkan aliran gas Nitrogen.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Setelah ± 15 menit, aliran gas Nitrogen dikembalikan pada aliran yang semula.
Sebelum dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen, dilakukan
pengesetan frekuensi resonansi sesuai dengan medium yang ada di dalam sel
fotoakustik [Watini,2008]. Untuk setiap medium yang berbeda, memiliki
frekuensi resonansi yang berbeda pula. Medium udara memiliki frekuensi
resonansi (1720±5)Hz, sedangkan medium Nitrogen memiliki frekuensi resonansi
(1741±5) Hz.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil
4.1.1. Pengukuran Daya Laser
Sebelum digunakan dalam suatu pengukuran, detektor fotoakustik berbasis
laser CO2 harus diukur daya lasernya terlebih dahulu. Pengukuran daya laser
dilakukan pada arus 10,75 mA. Pengukuran daya laser tersebut, tampak pada
Gambar 4.1. Pengukuran daya laser tersebut dilakukan untuk posisi steppermotor
5000 – 7500. Posisi steppermotor pada grafik pengukuran tersebut mewakili
panjang gelombang laser yang digunakan.
Gambar 4.1. Grafik hubungan daya laser [au] terhadap posisi steppermotor pada arus 10,75 mA
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
4.1.2. Kalibrasi
Pada penelitian ini gas yang akan diukur adalah gas etilen. Agar hasil yang
diperoleh baik, maka perlu dilakukan kalibrasi untuk gas etilen. Kalibrasi
dilakukan dengan cara mengukur sinyal ternormalisir untuk mengetahui posisi
garis laser pada serapan etilen dan pengukuran konsentrasi gas etilen standar.
Salah satu hal yang perlu dilakukan dalam kalibrasi adalah pengukuran
sinyal ternormalisir untuk mengetahui posisi garis laser pada serapan etilen.
Pengukuran tersebut dilakukan dengan cara mengalirkan gas udara ke dalam sel
fotoakustik. Frekuensi resonansi diset sesuai dengan medium udara yang ada di
dalam sel fotoakustik, yaitu pada frekuensi 1716 Hz. Hasil pengukuran sinyal
ternormalisir saat mengalirkan gas udara tersebut tampak pada Gambar 4.2.
Setelah itu, pengukuran sinyal ternormalisir dilakukan saat gas etilen 1 ppm
dialirkan pada sel fotoakustik. Hasil pengukuran sinyal ternormalisir saat gas
etilen 1 ppm dialirkan pada sel fotoakustik tampak pada Gambar 4.3.
Gambar 4.2. Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi
steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas udara
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
Gambar 4.3. Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi
steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm
Dengan membandingkan Gambar 4.2 dan Gambar 4.3, dapat diketahui
bahwa terdapat pertambahan sinyal ternormalisir pada Gambar 4.3. Pertambahan
sinyal ternormalisir tertinggi terjadi pada posisi steppermotor 6643. Pada Gambar
4.2, pada posisi tersebut sinyal ternormalisir yang dihasilkan sangat kecil, tetapi
pada Gambar 4.3, pada posisi tersebut terjadi tambahan sinyal ternormalisir
tertinggi. Tambahan sinyal ternormalisir tertinggi pada Gambar 4.3 itulah yang
merupakan garis laser pada serapan etilen (10P14) tersebut. Pada posisi 6643 pada
Gambar 4.3, daya laser yang dihasilkan bernilai 2,3 au. Sedangkan sinyal yang
dihasilkan bernilai 1,8 au. Sehingga sinyal ternormalisir (S/P) yang dihasilkan
bernilai 0,78 au. Nilai daya laser, sinyal dan sinyal ternormalisir dari hasil di atas
dapat dilihat pada Lampiran 1 (Tabel 1bagian A).
Bila hasil pengukuran pada Gambar 4.3 diperbesar, hasilnya tampak pada
Gambar 4.4. Perbesaran tersebut dilakukan untuk posisi steppermotor 6600 –
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
6700. Dengan menggunakan gambar 4.4, letak garis laser 10P14 tampak lebih
jelas.
Garis 10P16 pada Gambar 4.3. berada pada posisi 6741. Pada posisi
tersebut daya laser yang dihasilkan bernilai 2,1 au. Sedangkan sinyal yang
dihasilkan bernilai 0,9 au. Sehingga sinyal ternormalisir yang dihasilkan bernilai
0,43 au. Nilai daya laser, sinyal dan sinyal ternormalisir dari hasil diatas dapat
dilihat pada Lampiran 1 (Tabel 1 bagian B).
Gambar 4.4. Grafik hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor saat pada sel fotoakustik dialiri gas etilen 1 ppm
Garis laser 10P14 dan 10P16 yang sudah diketahui kemudian digunakan
untuk pengukuran konsentrasi gas etilen standar. Pengukuran tersebut dilakukan
dengan cara mengalirkan gas etilen 1 ppm dari tabung etilen. Gas tersebut
dialirkan ke dalam rangkaian pada Gambar 3.3.
Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen standar tampak pada Gambar 4.5.
Gambar 4.5 bagian A adalah hasil pengukuran konsentrasi gas etilen saat sel
fotoakustik dialiri gas udara. Pada bagian A tersebut, tidak terdapat gas etilen.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
Gambar 4.5 bagian B adalah situasi saat dilakukan pengaturan aliran gas etilen 1
ppm. Pada Gambar 4.5 bagian B tersebut, pengukuran dihentikan sementara
sehingga gas etilen tidak diukur. Gambar 4.5 bagian C adalah hasil pengukuran
saat pada rangkaian dialiri gas etilen 1 ppm. Pada bagian C tersebut, dihasilkan
gas etilen dengan konsentrasi sebesar (1003 ± 9)ppb, ditampilkan pada Lampiran
2 (Tabel 2). Pengukuran konsentrasi gas etilen standar ini akan digunakan sebagai
pembanding untuk hasil pengukuran konsentrasi yang dilakukan nantinya.
Gambar 4.5. Grafik hubungan konsentrasi [ppb] terhadap waktu [jam] untuk gas etilen 1 ppm yang dialirkan.
4.1.3. Pengukuran Konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel
Setelah hasil kalibrasi diperoleh, dilakukan pengukuran konsentrasi gas
etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau.
Pengukuran dilakukan dengan menggunakan cuvet yang berbentuk tabung yang
memiliki tinggi 11,6 cm dan diameter 10 cm. Cuvet tersebut memiliki volume
0,91 liter. Pengukuran tersebut dilakukan dengan meletakkan buah apel fuji, buah
pisang kepok dan kecambah kacang hijau secara bergantian ke dalam cuvet.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Buah apel fuji yang digunakan pada pengukuran ini memiliki berat 195 gr.
Buah pisang kepok yang digunakan pada pengukuran ini memiliki berat 74 gr.
Untuk satu kecambah kacang hijau yang digunakan dalam pengukuran
konsentrasi ini rata – rata memiliki berat 0.097 gr. Kecambah kacang hijau yang
dimasukkan dalam cuvet memiliki berat total sebesar 50 gr.
Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang
kepok dan kecambah kacang hijau, dilakukan dengan menggunakan rangkaian
pada Gambar 3.4. Gas yang digunakan pada pengukuran ini adalah gas udara. Gas
tersebut berfungsi sebagai lingkungan penyimpanan sampel dan medium di dalam
sel fotoakustik. Frekuensi resonansi diset pada frekuensi 1718 Hz. Hasil
pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji, pisang kepok
dan kecambah kacang hijau, tampak pada Gambar 4.6.
Gambar 4.6 bagian A merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen
pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Pada bagian A tersebut, tidak
dihasilkan gas etilen. Gambar 4.6 bagian B merupakan hasil pengukuran
konsentrasi gas etilen saat buah apel fuji dengan berat 195 gr diletakkan pada
lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Pada bagian B, dihasilkan gas etilen
dengan konsentrasi berkisar antara 741 ppb sampai dengan 859 ppb. Gambar 4.6
bagian C merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen saat buah pisang
kepok dengan berat 74 gr diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung
20% O2. Pada bagian C, dihasilkan gas etilen dengan konsentrasi berkisar antara
135 ppb sampai dengan 240 ppb. Gambar 4.6 bagian D merupakan hasil
pengukuran konsentrasi gas etilen saat kecambah kacang hijau dengan berat 50 gr
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Pada bagian D,
dihasilkan gas etilen dengan konsentrasi berkisar antara 382 ppb sampai dengan
535 ppb.
Gambar 4.6. Grafik hubungan konsentrasi gas etilen [ppb] dari apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau terhadap waktu [jam] pada lingkungan udara
yang mengandung 20% O2
Dari hasil pengukuran tersebut dapat diketahui konsentrasi etilen yang
diproduksi masing – masing sampel per 1 gramnya. Untuk setiap 1 gram buah
apel fuji, konsentrasi etilen yang diproduksi sebesar (4.07±0.03) ppb, ditampilkan
pada Lampiran 3 (Tabel 3). Untuk setiap 1 gram buah pisang kepok, konsentrasi
etilen yang diproduksi sebesar (2.3 ± 0.1) ppb, ditampilkan pada Lampiran 4
(Tabel 4). Untuk setiap 1 gram kecambah kacang hijau, konsentrasi etilen yang
diproduksi sebesar (8.9 ± 0.2) ppb, ditampilkan pada Lampiran 5 (Tabel 5).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
Setelah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah
apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau, dilakukan pengukuran
konsentrasi gas etilen yang dihasilkan buah apel fuji. Buah apel fuji yang
digunakan memiliki berat 200 gram. Pada pengukuran ini, buah tersebut
diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan yang berbeda.
Gas yang digunakan sebagai lingkungan penyimpanan dalam pengukuran
tersebut adalah gas Nitrogen dan Oksigen. Pada penelitian ini, kandungan gas
Oksigen divariasikan menjadi lingkungan campuran yang mengandung 20% O2,
10% O2, dan 0% O2.
Saat awal pengukuran, rangkaian yang digunakan adalah rangkaian pada
Gambar 3.5. Lingkungan penyimpanan buah apel fuji yang digunakan merupakan
lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Frekuensi
resonansi diset pada frekuensi 1723,5 Hz. Setelah beberapa saat, lingkungan
penyimpanan buah apel fuji yang semula lingkungan campuran yang mengandung
80% N2 dan 20% O2, diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung
90% N2 dan 10% O2. Pengubahan lingkungan penyimpanan tersebut dilakukan
dengan cara memperkecil aliran gas Oksigen yang digunakan. Frekuensi resonansi
diset pada frekuensi 1744,8 Hz.
Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang dihasilkan buah apel pada
lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, yang diubah
menjadi lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2, tampak
pada Gambar 4.7. Gambar 4.7 bagian A adalah hasil pengukuran konsentrasi gas
etilen yang diproduksi apel fuji yang diukur saat diletakkan pada lingkungan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Sedangkan Gambar 4.7 bagian
B adalah hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji yang
diukur saat diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan
10% O2.
Gambar 4.7. Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2, yang
diubah menjadi lingkungan campuran yang mengandung 10% O2
Seperti ketika lingkungan diubah menjadi lingkungan campuran yang
mengandung 10% O2, sampel yang digunakan pada pengukuran konsentrasi gas
etilen kali ini adalah buah apel fuji. Pengukuran tersebut dilakukan pada dua
lingkungan yang berbeda. Pada pengukuran ini, awalnya lingkungan penyimpanan
sampel yang digunakan adalah lingkungan campuran yang mengandung 80% N2
dan 20% O2. Frekuensi resonansi diset pada frekuensi 1721 Hz. Setelah itu,
lingkungan penyimpanan yang digunakan, diubah menjadi lingkungan yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
mengandung 100% N2 dan 0% O2. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang
diperoleh, tampak pada Gambar 4.8. Gambar 4.8 bagian A adalah hasil
pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel fuji yang diukur saat
diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2.
Gambar 4.8 bagian B merupakan situasi dimana pengukuran dihentikan
sementara. Hal tersebut terjadi saat dilakukan pengubahan lingkungan
penyimpanan yang digunakan. Sedangkan Gambar 4.8 bagian C adalah hasil
pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji yang diukur saat
buah apel tersebut berada pada lingkungan peralihan. Gambar 4.8 bagian D
merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel fuji
saat buah apel tersebut diletakkan pada lingkungan yang mengandung 100% N2
dan 0% O2.
Gambar 4.8. Grafik hubungan konsentrasi gas etilen yang diproduksi apel [ppb] terhadap waktu [jam] pada lingkungan campuran yang mengandung 20% O2 yang
diubah menjadi lingkungan 0% O2
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
4.2. Pembahasan
Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan detektor fotoakustik
berbasis laser CO2. Digunakannya detektor fotoakustik berbasis laser CO2 pada
penelitian ini karena laser CO2 sangat sensitif untuk mengukur etilen. Gas sebagai
bahan aktif pembentuk laser CO2 pada detektor ini, dimasukkan dalam tabung
sealed – off. Dimasukkannya bahan aktif dalam tabung tersebut membuat biaya
operasional yang dibutuhkan menjadi lebih hemat karena gas tersebut diisikan ke
dalam tabung kemudian ditutup rapat dan tidak perlu dialirkan lagi.
Detektor fotoakustik dalam penelitian ini menggunakan sistem
intrakavitas. Pada sistem tersebut, sel fotoakustik diletakkan di antara resonator
optis. Peletakan sel fotoakustik di antara resonator optis bertujuan agar daya laser
pada sel fotoakustik yang dihasilkan memiliki daya yang tinggi. Dengan
dihasilkannya daya yang tinggi, kemampuan detektor fotoakustik diharapkan
memiliki sensitivitas yang tinggi.
Detektor fotoakustik dapat digunakan untuk mengukur gas etilen bila
terjadi penyerapan energi laser oleh gas etilen yang ada di dalam sel fotoakustik.
Molekul gas etilen tersebut akan mengalami eksitasi dengan menyerap energi
laser. Saat berada di tingkat energi eksitasi, molekul tersebut akan mengalami
deeksitasi dengan melepaskan energi eksitasinya secara non – radiasi. Pada saat
melepaskan energi eksitasi, terjadi transfer energi dari molekul tersebut kepada
molekul yang lain yang ditumbuknya. Karena adanya transfer energi tersebut,
membuat molekul yang ditumbuk mengalami kenaikan energi kinetik. Adanya
kenaikan energi kinetik mengakibatkan kenaikan suhu dan tekanan. Apabila laser
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
CO2 yang digunakan, dimodulasi dengan chopper, tekanan di dalam sel
fotoakustik akan berubah secara periodik. Perubahan tekanan atau bunyi tersebut
akan diukur oleh mikrofon yang ada di dalam sel fotoakustik. Sinyal keluaran
mikrofon tersebut kemudian akan diperkuat oleh lock – in amplifier.
Detektor fotoakustik yang digunakan memiliki sensitivitas dan selektivitas
yang tinggi. Hal ini dikarenakan detektor ini dilengkapi dengan mikrofon yang
mampu menerima dan mengukur bunyi kecil yang dihasilkan. Sinyal keluaran
mikrofon tersebut, kemudian akan diperkuat oleh lock – in amplifier. Lock – in
amplifier dalam detektor ini membantu untuk menghilangkan noise atau derau
yang menyertai sinyal tersebut. Lock – in amplifier akan mengeliminasi sinyal
yang mengganggu dan mengunci sinyal yang diinginkan. Untuk mengeliminasi
sinyal yang mengganggu, frekuensi sinyal yang diinginkan, dikunci dengan
frekuensi chopper.
Sebelum digunakan untuk pengukuran, perlu dilakukan pengukuran daya
laser. Proses tersebut bertujuan untuk mengoptimasikan kerja detektor agar lebih
sensitif pada saat pengukuran. Optimalisasi tersebut dilakukan dengan cara
mengatur posisi kisi dan cermin yang digunakan.
Pada cermin yang digunakan terdapat piezo, yang dapat berpengaruh
dalam perubahan daya laser yang dihasilkan. Piezo terletak tepat dibelakang
cermin. Jika piezo diberi tegangan, maka piezo akan menggeser cermin yang
mengakibatkan panjang resonator laser akan berubah. Perubahan panjang
resonator laser tersebut akan mempengaruhi daya yang diperoleh.
Pada pengukuran daya laser yang dilakukan, arus listrik yang mengalir
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
pada detektor yang digunakan adalah 10,75 mA. Hasil pengukuran daya laser
tersebut tampak pada Gambar 4.1. Pada gambar 4.1 terdapat dua band garis daya
laser yaitu band 10R dan band 10P. Pada band 10 R diperoleh 8 garis daya laser.
Garis daya laser tertinggi pada band 10 R ini dihasilkan saat steppermotor berada
pada posisi 5263 dengan tinggi daya laser sebesar 3,5 au. Sedangkan pada band
10P diperoleh 7 garis daya laser dengan garis daya laser tertinggi dihasilkan saat
steppermotor berada pada posisi 6919 dengan tinggi daya laser sebesar 3,3 au.
Pada umumnya, satuan daya laser pada detektor fotoakustik yang
dihasilkan bersatuan watt [W]. Sinyal akustik merupakan keluaran pada detektor
fotoakustik yang memiliki satuan Volt [V]. Namun, pada penelitian ini, daya laser
pada Gambar 4.1 dan sinyal akustik yang dihasilkan bersatuan sembarang
(arbitrary unit). Hal tersebut dikarenakan alat yang digunakan belum melalui
proses kalibrasi daya dan kalibrasi alat. Meski belum terkalibrasi, alat ini dapat
digunakan dalam penelitian ini karena pada penelitian ini, yang diutamakan
adalah pengukuran konsentrasi etilen. Satuan sinyal dan daya laser tidak harus
menggunakan satuan yang sesuai.
Pada penelitian ini, dilakukan pengukuran daya dan sinyal yang pada
akhirnya menghasilkan sinyal ternormalisir. Sinyal dari hasil pengukuran
dipengaruhi oleh daya laser yang ada di dalam sel fotoakustik. Normalisasi
tersebut bertujuan untuk mengubah sinyal yang diukur per satuan daya laser.
Sinyal ternormalisir pada penelitian ini bersatuan arbitrary unit [au]. Sinyal
ternormalisir yang dihasilkan terdapat pada hasil pengukuran pada Gambar 4.2,
Gambar 4.3, dan Gambar 4.4. Hasil pengukuran tersebut disajikan dalam grafik
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
hubungan sinyal ternormalisir [au] terhadap posisi steppermotor.
Pengukuran sinyal ternormalisir dilakukan untuk mengetahui posisi garis
laser pada serapan etilen. Hal tersebut dilakukan dengan cara mengalirkan gas
udara pada sel fotoakustik dan dengan mengalirkan gas etilen 1 ppm pada sel
fotoakustik. Hasil pengukuran saat mengalirkan gas udara pada sel fotoakustik
tampak pada Gambar 4.2. Hasil pengukuran saat mengalirkan gas etilen 1 ppm
pada sel fotoakustik tampak pada Gambar 4.3. Kedua pengukuran tersebut
disajikan dalam bentuk grafik hubungan sinyal ternormalisir terhadap posisi
steppermotor.
Sinyal ternormalisir yang dihasilkan pada Gambar 4.2 dibandingkan
dengan sinyal ternormalisir yang dihasilkan pada Gambar 4.3. Dari hasil
pembandingan kedua pengukuran tersebut, terdapat pertambahan sinyal
ternormalisir. Pertambahan sinyal ternormalisir tersebutlah yang kemudian
digunakan untuk mengetahui posisi garis 10P14 dan 10P16 yang akan digunakan
dalam penelitian ini.
Garis laser pada serapan etilen terdapat pada band 10P. Oleh karena itu,
pengukuran dikonsentrasikan pada band 10P. Garis sinyal ternormalisir pada band
10P tersebar saat steppermotor berada pada rentang posisi 6000 – 7500. Saat
steppermotor berada pada posisi 6643 yang tampak pada Gambar 4.2, sinyal
ternormalisir yang dihasilkan sangat kecil. Namun pada Gambar 4.3 saat
steppermotor berada pada posisi yang sama, sinyal ternormalisir mengalami
pertambahan tinggi. Pertambahan tinggi sinyal ternormalisir tersebut merupakan
sinyal yang berasal dari penyerapan daya laser seluruhnya oleh gas etilen yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
digunakan. Semakin besar penyerapan daya laser oleh gas etilen, maka semakin
besar pula sinyal ternormalisir yang dihasilkan. Pertambahan sinyal ternormalisir
pada Gambar 4.3. merupakan garis sinyal ternormalisir tertinggi yang ada pada
band 10P. Sinyal ternormalisir tertinggi itulah yang merupakan garis laser 10P14.
Garis laser untuk serapan etilen tersebut terdapat pada saat steppermotor berada
pada posisi 6643.
Di dalam sel fotoakustik terdapat lebih dari satu jenis gas. Selain gas etilen
masih terdapat gas yang lain yang mengganggu. Gas yang lain tersebut dapat
mengganggu nilai konsentrasi gas etilen yang diukur. Untuk mengeliminasi
gangguan serapan dari gas yang lain, maka pengukuran konsentrasi gas etilen
pada penelitian ini dilakukan tidak hanya menggunakan garis 10P14 saja,
melainkan juga menggunakan garis laser 10P16. Garis laser 10P16 yang diperoleh
pada penelitian ini terdapat pada saat steppermotor berada pada posisi 6741. Pada
saat pengukuran berlangsung, garis laser 10P14 dan 10P16 akan bekerja dan
digunakan secara bergantian dalam pengukuran konsentrasi gas etilen.
Untuk menentukan konsentrasi gas etilen dengan menggunakan detektor
fotoakustik pada garis laser 10P14, dapat dilakukan dengan mengukur sinyal
ternormalisir (S/P) [au] yang dihasilkan. Hal tersebut dapat dilakukan dengan
syarat konstanta sel fotoakustik C [volt cm / watt] dan koefisien serapan etilen
αetilen [cm-1] bernilai konstan. Adapun persamaan untuk mencari konsentrasi gas
etilen adalah sebagai berikut :
1410)1410(
1
PPetilenetilen P
SC
C ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
α ………………… (4.1)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
Persamaan 4.1 diatas dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi etilen
apabila gangguan dari gas penggangu diabaikan. Namun dalam pengukuran
konsentrasi gas etilen pada penelitian ini, gangguan tersebut tidak dapat
diabaikan. Gangguan pada pengukuran ini berasal dari gas pembawa yang
mengandung uap air. Uap air tersebut dapat menyerap energi dari daya yang
dihasilkan. Uap air tersebut memiliki konsentrasi. Konsentrasi uap air dapat
mempengaruhi nilai konsentrasi gas yang diukur. Oleh karena itu, untuk
mengukur sinyal ternormalisir dari dua jenis gas pada garis laser yang digunakan,
memenuhi persamaan 2.8. Bila persamaan tersebut diterapkan pada penelitian ini,
akan menjadi persamaan 4.2 :
( ))1410()1410(1410
PpengganggugaspengganggugasPetilenetilenP
CCCPS
−−+=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ αα … (4.2)
Selain garis laser 10P14, pengukuran juga dilakukan pada garis laser
10P16. Kedua pengukuran dengan garis laser yang berbeda akan memberikan
sumbangan pada sinyal keluaran dari mikrofon. Persamaan sinyal ternormalisir
untuk garis laser 10P16 sebagai berikut :
( ))1610()1610(1610
PpengganggugaspengganggugasPetilenetilenP
CCCPS
−−+=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ αα …. (4.3)
Pada penelitian ini, persamaan 4.2 dan persamaan 4.3 dihitung dengan
metode eliminasi. Dari perhitungan tersebut, nilai konsentrasi dari gas etilen dan
gas gangguan dapat ditentukan. Penghitungan dan penentuan nilai konsentrasi dari
gas etilen dan gas gangguan tersebut, dilakukan, diolah dan langsung ditampilkan
oleh komputer berupa nilai konsentrasi dari gas etilen dan gas penggangu.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
Setelah posisi steppermotor yang tepat untuk garis laser 10P14 dan 10P16
diketahui, langkah selanjutnya yang harus dilakukan adalah mengukur konsentrasi
gas etilen standar. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen standar digunakan
sebagai pembanding hasil pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel – sampel
yang digunakan dalam penelitian ini. Karena pada pengukuran konsentrasi gas
etilen standar, konsentrasi gas etilen sudah diketahui maka nilai konstanta sel
fotoakustik dapat diketahui. Pada penelitian ini besarnya nilai konstanta sel
fotoakustik sudah dicari oleh komputer saat kalibrasi berlangsung dan akan
langsung digunakan pada pengukuran konsentrasi gas etilen dari sampel.
Pengukuran konsentrasi gas etilen standar dilakukan dengan cara
mengalirkan gas etilen standar sebanyak 1 ppm ke dalam cuvet pada rangkaian
Gambar 3.7. Pada saat akan dilakukan pengukuran, gas etilen standar yang
tersedia memiliki konsentrasi sebesar 10 ppm. Gas etilen standar dengan
konsentrasi 10 ppm tidak dapat langsung digunakan karena konsentrasinya terlalu
besar. Konsentrasi gas etilen yang terlalu besar akan menghasilkan serapan yang
besar. Serapan yang besar tersebut dapat menyebabkan daya yang dihasilkannya
berkurang, bahkan hilang. Pengukuran konsentrasi yang baik terjadi bila serapan
yang dihasilkan tidak menyebabkan daya laser yang ada menjadi berkurang
bahkan hilang. Untuk menghindari hal tersebut maka gas etilen standar 10 ppm
harus diencerkan hingga memiliki konsentrasi 1 ppm. Hasil pengukuran
konsentrasi gas etilen standar 1 ppm, tampak pada Gambar 4.5.
Pada Gambar 4.5 bagian A merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas
etilen saat sel fotoakustik dialiri gas udara. Pada Gambar 4.5 bagian A tersebut,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
tidak terdapat gas etilen. Setelah 24 menit, pengukuran tersebut dihentikan
terlebih dahulu dengan tujuan mengatur pengaliran etilen 1 ppm. Pada saat
pengukuran tersebut dihentikan, dilakukan pengenceran gas etilen standar hingga
gas etilen yang dialirkan berkonsentrasi 1 ppm. Penghentian tersebut dilakukan
selama 15 menit. Pengukuran tersebut tampak pada Gambar 4.5 bagian B. Setelah
pengaturan tersebut selesai, pengukuran dilanjutkan kembali. Pada awal
pengukuran saat dalam cuvet dialiri etilen 1 ppm, konsentrasi etilen yang diukur
belum mencapai 1000 ppb. Hal tersebut dikarenakan pada saat itu gas etilen yang
dialirkan belum sepenuhnya diukur. Setelah pengukuran dilakukan selama 5
menit, konsentrasi etilen yang dialirkan baru sepenuhnya diukur. Pengukuran saat
pada cuvet dialirkan etilen 1 ppm dilakukan selama 12 menit. Hasil pengukuran
konsentrasi gas etilen standar sebesar (1003 ± 9) ppb, tampak pada Gambar 4.5
bagian C dan Lampiran 2 (Tabel 2).
Setelah itu, dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang dihasilkan
buah apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau. Pengukuran
tersebut dilakukan dengan cara meletakkan sampel tersebut pada lingkungan
udara yang mengandung 20% O2, secara bergantian.
Salah satu sampel yang digunakan dalam penelitian ini kecambah dari
proses perkecambahan sebuah biji kacang hijau. Pada saat proses perkecambahan
berlangsung, sebuah biji kacang hijau tersebut akan mengalami pertumbuhan terus
agar berubah menjadi kecambah. Pada proses tersebut, memungkinkan adanya
perubahan produksi etilen yang dihasilkan. Proses perubahan tersebut dapat
diamati. Namun, pada penelitian ini tidak dilakukan pengamatan produksi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
konsentrasi etilen yang dihasilkan pada saat perubahan tersebut. Pada penelitian
ini, pengukuran kecambah kacang hijau dititik beratkan pada seberapa banyak
produksi etilen yang dihasilkan kecambah kacang hijau yang digunakan bila
diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2.
Gambar 4.6 menampilkan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang
diproduksi berbagai sampel yaitu buah apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah
kacang hijau. Pengukuran tersebut dilakukan untuk menunjukkan bahwa bila buah
apel fuji, pisang kepok dan kecambah kacang hijau, disimpan pada lingkungan
udara yang mengandung 20% O2, akan menghasilkan gas etilen. Dalam penelitian
ini, hasil pengukuran pada Gambar 4.6 berlaku sebagai hasil penelitian
pendahuluan.
Pada Gambar 4.6. mula – mula lingkungan penyimpanan yang berupa gas
udara yang mengandung 20% O2, diukur konsentrasi gas etilennya. Dari hasil
pengukuran pada Gambar 4.6 bagian A, menunjukkan bahwa dalam pengukuran
tersebut tidak terdapat gas etilen. Setelah dilakukan pengukuran tersebut selama 5
menit 24 detik, pada cuvet diletakkan buah apel fuji sebagai sampel penghasil
etilen.
Gambar 4.6 bagian B merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen
yang diproduksi buah apel fuji ketika diletakkan pada lingkungan udara yang
mengandung 20% O2. Dari hasil pengukuran tersebut diperoleh konsentrasi gas
etilen yang berkisar antara 780 sampai dengan 850 ppb. Nilai konsentrasi tersebut
dihasilkan oleh apel fuji dengan berat 195 gr. Dari hasil tersebut di atas yang
ditampilkan pada Lampiran 3 (Tabel 3), untuk setiap 1 gram buah apel fuji,
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
konsentrasi gas etilen yang diproduksi sebesar (4,07 ± 0,03) ppb. Setelah 18 menit
36 detik dilakukan pengukuran konsentrasi untuk buah apel fuji, buah tersebut
kemudian dikeluarkan dari cuvet. Selama 10 menit 48 detik, konsentrasi gas etilen
yang diukur terus mengalami penurunan hingga tidak terdeteksi lagi. Hal ini
terjadi karena sampel penghasil etilen sudah dikeluarkan.
Setelah itu, dalam cuvet dimasukkan pisang kepok sebagai sampel
penghasil etilen. Produksi gas etilen oleh pisang kepok berlangsung selama 15
menit 36 detik. Pada Gambar 4.6 bagian C terlihat bahwa bila pisang kepok
disimpan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2, akan menghasilkan
konsentrasi gas etilen yang berkisar antara 140 sampai dengan 250 ppb. Nilai
konsentrasi tersebut dihasilkan oleh pisang kepok dengan berat 74 gr. Dari hasil
tersebut diatas yang ditampilkan pada Lampiran 4 (Tabel 4), untuk setiap 1 gram
buah pisang kepok, konsentrasi gas etilen yang diproduksi sebesar (2,3 ± 0,1) ppb.
Setelah apel fuji dan pisang kepok yang disimpan pada lingkungan udara
yang mengandung 20% O2, diukur konsentrasi gas etilennya, pada Gambar 4.6
diukur konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah kacang hijau bila
diletakkan pada lingkungan yang sama pula, tampak pada Gambar 4.6 bagian D.
Sebelum melakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah
kacang hijau, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan. Perhatian tersebut
ditujukan pada fakta di mana kecambah kacang hijau yang akan diukur, berukuran
kecil. Sementara itu cuvet yang digunakan cukup besar yaitu memiliki volume
0.91 liter. Karena keadaan itulah, pengukuran tidak dapat dilakukan untuk satu
kecambah kacang hijau saja. Ada kemungkinan konsentrasi yang diproduksi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
kecambah kacang hijau tersebut bernilai sangat kecil. Oleh karena itu, pengukuran
dilakukan dengan menggunakan kecambah kacang hijau dengan berat total 50
gram. Saat 50 gram kecambah kacang hijau dimasukkan ke dalam cuvet,
kecambah tersebut memenuhi setengah dari volume cuvet yang digunakan.
Dengan itu diharapkan konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah kacang
hijau dapat diukur dengan baik.
Pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi kecambah tersebut
berlangsung selama 17 menit 24 detik. Pada Gambar 4.6 bagian D terlihat bahwa
untuk kecambah kacang hijau dengan berat total 50 gram, diproduksi gas etilen
dengan konsentrasi berkisar antara 370 sampai dengan 550 ppb. Dari hasil
tersebut, untuk setiap 1 gram, produksi gas etilen yang dihasilkan kecambah
kacang hijau bernilai (8,9 ± 0,2) ppb. Dari hasil tersebut, dapat diketahui pula
produksi etilen untuk setiap kecambahnya, yaitu sebesar (0,90 ± 0,02) ppb. Data
dari pengukuran tersebut terdapat pada lampiran 5 (Tabel 5).
Setelah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi
buah apel fuji, buah pisang kepok dan kecambah kacang hijau, dilakukan
pengukuran konsentrasi gas etilen yang dihasilkan buah apel fuji. Buah apel fuji
yang digunakan memiliki berat 200 gram. Pada pengukuran ini, buah tersebut
diletakkan pada tiga lingkungan penyimpanan yang berbeda. Ketiga lingkungan
penyimpanan yang digunakan dibedakan dari banyaknya kandungan gas Oksigen
yang terdapat pada masing – masing lingkungan. Pengaturan kandungan gas
Oksigen pada ketiga lingkungan tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh
gas Oksigen yang digunakan terhadap produksi gas etilen oleh apel fuji. Gas
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
Oksigen yang awalnya memiliki kandungan 20% dari total gas yang digunakan,
dikurangi menjadi 10% dari total gas yang digunakan, bahkan menjadi tidak ada
lagi.
Gambar 4.7 merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang
diproduksi buah apel ketika diletakkan pada dua lingkungan penyimpanan yang
berbeda. Pada pengukuran ini, awalnya buah apel yang digunakan sebagai sampel,
diletakkan pada lingkungan yang mengandung 80% N2 dan 20% O2. Rangkaian
yang digunakan pada situasi tersebut adalah rangkaian pada Gambar 3.5.
Peletakkan buah apel pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan
20% O2, dilakukan selama 30 menit. Hasil pengukurannya, tampak pada Gambar
4.7 bagian A. Konsentrasi gas etilen yang diproduksi saat itu berkisar antara 800
sampai dengan 880 ppb.
Setelah 30 menit, lingkungan penyimpanan buah apel tersebut diubah dari
lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20%O2 menjadi lingkungan
campuran yang mengandung 90% N2 dan 10%O2. Hasil pengukuran konsentrasi
etilen yang diproduksi buah apel yang diletakkan pada lingkungan campuran yang
mengandung 90% N2 dan 10%O2 tampak pada Gambar 4.7 bagian B. Adanya
pengubahan lingkungan udara dengan komposisi yang berbeda dengan lingkungan
penyimpanan buah apel sebelumnya, mengakibatkan pengurangan produksi gas
etilen oleh buah apel tersebut. Penurunan konsentrasi gas etilen yang diproduksi
buah apel tersebut dimulai setelah lingkungan penyimpanan buah apel diubah.
Konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel saat diletakkan pada lingkungan
campuran yang mengandung 10%O2 berkisar antara 500 sampai dengan 700 ppb.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
Hasil tersebut diperoleh setelah dilakukan pengukuran selama 4 jam 18 menit.
Dari Gambar 4.7 terlihat bahwa ada perbedaan produksi gas etilen yang
dihasilkan buah apel saat diletakkan pada lingkungan campuran yang
mengandung 80% N2 dan 20% O2, dengan saat diletakkan pada lingkungan
campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2. Apel yang diletakkan pada
lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, memiliki
konsentrasi lebih tinggi bila dibandingkan dengan apel yang diletakkan pada
lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10% O2.
Gas Oksigen yang terkandung pada lingkungan penyimpanan buah apel di
atas, tetap akan memicu adanya produksi gas etilen meskipun gas Oksigen yang
diberikan dalam skala kecil. Dengan masih diproduksinya gas etilen oleh apel bila
diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 90% N2 dan 10%O2,
membuktikan bahwa bila buah apel tersebut diletakkan dalam lingkungan yang
mengandung gas Oksigen akan menghasilkan gas etilen.
Gambar 4.8 merupakan hasil pengukuran ketika lingkungan diubah
menjadi lingkungan yang mengadung 100% N2 dan 0% O2. Saat awal
pengukuran, buah apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung
80% N2 dan 20% O2. Peletakkan apel pada lingkungan ini berlangsung selama 30
menit. Konsentrasi gas etilen yang dihasilkan saat apel diletakkan pada
lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20%O2, berkisar antara 800
sampai dengan 880 ppb. Hasil pengukuran konsentrasi tersebut tampak pada
Gambar 4.8 bagian A.
Setelah 30 menit, lingkungan penyimpanan sampel dalam cuvet yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
semula lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20%O2, diubah
menjadi lingkungan yang mengandung 100% N2 dan 0% O2. Hal tersebut
dilakukan dengan cara mengubah rangkaian Gambar 3.5 menjadi rangkaian pada
Gambar 3.6.
Selama pengubahan tersebut berlangsung, pengukuran dihentikan
sementara. Penghentian pengukuran tersebut dilakukan selama 18 menit. Selama
pengukuran dihentikan, sebenarnya apel tersebut tetap mengeluarkan gas etilen,
hanya saja tidak diukur. Tidak diukurnya gas etilen yang dikeluarkan apel tersebut
mengakibatkan hasil pengukuran yang ditampilkan pada Gambar 4.8 bagian B
seolah – olah turun. Gas etilen yang dikeluarkan apel selama pengukuran
dihentikan tersebut baru diukur oleh alat yang digunakan, saat pengukuran
tersebut dilanjutkan kembali.
Setelah lingkungan penyimpanan buah berubah maka pengukuran
dilanjutkan kembali. Hasil awal saat pengukuran dilanjutkan kembali terdapat
pada Gambar 4.8 bagian C. Pada gambar tersebut ditampilkan pengukuran
konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel yang berada pada lingkungan
peralihan saat pengukuran dihentikan tadi. Gas etilen yang sudah dikumpulkan di
dalam cuvet saat pengukuran dihentikan, didorong secara perlahan oleh gas
pembawa ke dalam sel fotoakustik untuk diukur. Saat pengukuran dilanjutkan
kembali, gas dalam sel fotoakustik tersebut akan segera diukur oleh alat hingga
semua gas yang sudah dikumpulkan tadi diukur semua. Hal tersebut ditandai
dengan diukurnya konsentrasi gas etilen yang berkonsentrasi sama dengan
konsentrasi gas etilen sesaat sebelum pengukuran dihentikan. Untuk mencapai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
kondisi tersebut, pengukuran tersebut dilakukan selama 1 jam 30 menit.
Setelah itu, apel yang kini berada pada lingkungan yang mengandung 0%
O2, diamati proses produksi gas etilennya dan diukur konsentrasinya. Proses
perubahan produksi gas etilen yang dihasilkan saat apel berada pada lingkungan
yang mengandung 0% O2, terjadi selama 5 jam 45 menit. Hasil pengukurannya
tampak pada Gambar 4.8 bagian D. Pada hasil pengukuran tersebut, gas etilen
yang diproduksi buah apel saat diletakkan pada lingkungan yang mengandung 0%
O2 akan terus mengalami penurunan hingga tidak diproduksi lagi.
Hasil pengukuran pada Gambar 4.7 bagian A dan Gambar 4.8 bagian A,
merupakan hasil pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah apel saat
diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2.
Hasil pengukuran ketika apel diletakkan pada lingkungan campuran yang
mengandung 90% N2 dan 10%O2, tampak pada Gambar 4.7 bagian B. Hasil
pengukuran ketika apel diletakkan pada lingkungan yang mengandung 100% N2
dan 0% O2, tampak pada Gambar 4.8 bagian B. Pada saat buah apel diletakkan
pada lingkungan campuran yang mengandung 80% N2 dan 20% O2, konsentrasi
gas etilen yang dihasilkan memiliki konsentrasi lebih tinggi dibandingkan dengan
bila buah apel tersebut diletakkan pada lingkungan penyimpanan yang digunakan
lainnya. Dari hasil di atas dapat diketahui bahwa perbedaan produksi gas etilen,
disebabkan oleh adanya pengaruh gas Oksigen yang terkandung dalam
lingkungan tersebut. Semakin banyak kandungan gas Oksigen yang diberikan
pada lingkungan penyimpanan yang digunakan, semakin banyak pula produksi
gas etilen oleh buah apel yang dihasilkan. Buah apel yang diletakkan pada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
lingkungan yang mengandung banyak Oksigen akan cepat matang. Sebaliknya,
semakin sedikit kandungan gas Oksigen yang diberikan pada lingkungan
penyimpanan yang digunakan, semakin sedikit pula gas etilen yang dihasilkan.
Oleh karena itu, bila apel diletakkan pada lingkungan yang mengandung 100% N2
dan 0% Oksigen, gas etilen dapat tidak diproduksi lagi oleh buah apel tersebut.
Sebelum melakukan pengukuran konsentrasi gas etilen di atas, frekuensi
resonansi harus diset sesuai dengan medium yang ada di dalam sel fotoakustik.
Medium udara memiliki frekuensi resonansi (1720±5)Hz, sedangkan medium
Nitrogen memiliki frekuensi resonansi (1741±5)Hz [Watini,2008]. Hal tersebut
dilakukan agar pada sel fotoakustik terjadi resonansi. Dengan dilakukan
pengaturan tersebut, diharapkan hal tersebut tidak memunculkan gangguan pada
saat pengukuran berlangsung.
Pada penelitian ini, untuk mengetahui adanya perbedaan konsentrasi gas
etilen yang diproduksi buah apel saat diletakkan pada beberapa lingkungan
penyimpanan dengan kandungan gas yang berbeda, ternyata membutuhkan waktu
yang lama. Proses pengukuran konsentrasi gas etilen dari buah pada Gambar 4.7
terjadi ketika buah apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung
20% Oksigen, yang kemudian diubah menjadi lingkungan campuran yang
mengandung 10% Oksigen. Pengukuran tersebut dilakukan selama 4 jam 42
menit. Proses pengukuran konsentrasi gas etilen dari buah pada Gambar 4.8
terjadi ketika buah apel diletakkan pada lingkungan campuran yang mengandung
20% Oksigen, yang kemudian diubah menjadi lingkungan yang mengandung 0%
Oksigen. Pengukuran konsentrasi gas etilen tersebut dilakukan selama 8 jam.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
Lamanya waktu pengukuran pada kedua gambar hasil pengukuran di atas
bertujuan untuk mengamati proses produksi gas etilen yang dihasilkan dan
mengetahui pengaruh gas Oksigen pada beberapa lingkungan penyimpanan
terhadap produksi gas etilen yang dihasilkan.
Dari data hasil pengukuran yang telah diperoleh yang tampak pada
Gambar 4.7 dan Gambar 4.8 membuktikan bahwa detektor yang digunakan
mempunyai waktu tanggap cepat dan langsung terhubung dengan tempat buah
penghasil etilen berada, sehingga detektor ini dapat digunakan secara real - time
[Santosa,2008]. Real – time berarti waktu saat pengukuran konsentrasi gas etilen
sama dengan saat sampel yang digunakan mengeluarkan gas etilen untuk setiap
waktu.
Detektor tersebut mampu mengukur gas etilen dalam konsentrasi yang
sangat kecil. Hal tersebut dapat terjadi karena detektor fotoakustik berbasis laser
CO2, memiliki sensitivitas yang tinggi. Hal tersebut tampak pada Gambar 4.8
bagian D.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Pada penelitian ini telah dilakukan pengukuran konsentrasi gas etilen yang
diproduksi sampel dengan menggunakan detektor fotoakustik berbasis laser CO2.
Sampel tersebut diletakkan pada beberapa lingkungan penyimpanan yang berbeda
dalam waktu yang lama. Dari hasil pengukuran yang diperoleh pada Gambar 4.7
dan Gambar 4.8, dapat disimpulkan bahwa :
1. Detektor fotoakustik berbasis laser CO2 dapat diaplikasikan dalam
pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi sampel secara real –
time.
2. Pengukuran konsentrasi gas etilen secara real – time dapat dimanfaatkan
untuk mengetahui proses perubahan produksi gas etilen setiap waktu
dalam usaha menghambat produksi gas etilen oleh buah.
5.2. Saran
Bila dikemudian hari akan dilakukan pengukuran konsentrasi yang serupa
maka penulis menyarankan untuk memperhatikan hal – hal berikut ini :
1. Bila sampel diletakkan pada lingkungan Nitrogen tanpa kandungan
Oksigen dalam waktu yang lama, sampel tersebut akan mengalami
proses fermentasi. Pada proses fermentasi akan dihasilkan gas alkohol.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
Oleh karena itu, perlu dilakukan pengukuran alkohol pada kondisi
tersebut.
2. Setiap makluk hidup akan mengalami proses pernafasan. Pada proses
tersebut akan dihasilkan gas CO2. Bila akan dilakukan pengukuran
konsentrasi gas etilen dari makluk hidup, pengaruh gas CO2 tersebut
harus diperhatikan karena dapat mengganggu kerja detektor fotoakustik
berbasis laser CO2 yang digunakan. Untuk menghilangkan gas CO2
tersebut perlu dihilangkan dengan menambahkan senyawa KOH pada
saat pengukuran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
DAFTAR PUSTAKA
Besson, J.P. 2006. “Photoacoustic Spectroscopy for Multi-Gas Sensing Using
Near Infrared Lasers”. http:// biblion. epfl.ch/ EPFL/ theses/ 2006/ 3670/
EPFL_TH3670.pdf. Diakses pada tanggal, 12 September 2009.
Doebelin, Ernest.O. 1992. Sistem Pengukuran Aplikasi dan Perancangan. Jakarta:
Erlangga.
Krane, K. S. 1992. Fisika Modern. Jakarta : Universitas Indonesia.
Laud, B.B. 1988. Laser dan Optik Linear. Jakarta : Universitas Indonesia.
Santosa, I.E. 2008A. Pengukuran Konsentrasi Gas Menggunakan Detektor
Fotoakustik. Yogyakarta : Laboratorium Analisa Kimia dan Fisika Pusat
Universitas Sanata Dharma.
Santosa, I.E. 2008B. Spektroskopi Fotoakustik. Yogyakarta: Fisika Universitas
Sanata Dharma.
Spike, B.T. 2006. “The photoacoustic effect”. http://uw.physics.wisc.edu/~timbie/
P325/Spike_photoacoustic_effect.pdf. Diakses pada tanggal, 12
September 2009.
Watini, Katarina. 2008. Optimalisasi Detektor Fotoakustik dengan Menentukan
Frekuensi Resonansinya. Skripsi FST Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
LAMPIRAN 1
Pada penelitian ini telah dilakukan pengukuran sinyal ternormalisir saat
pengaliran gas udara dan pengaliran gas etilen 1 ppm pada sel fotoakustik. Hasil
pengukuran sinyal tersebut tampak pada Gambar 4.2 dan Gambar 4.3. Dengan
membandingkan tinggi sinyal ternormalisir pada kedua gambar tersebut dapat
diketahui letak garis laser pada serapan etilen. Sinyal yang diukur dapat dilihat
pada tabel 1 di bawah ini :
Tabel 1: Data sinyal ternomalisir yang diukur untuk menentukan letak garis laser pada serapan etilen
A. Penentuan letak 10P14 Stepper motor
Daya Laser [au]
Sinyal [au]
Sinyal ternormalisir
[au] 6630 2.2 0.19 0.09
6631 2.3 0.5 0.22
6632 2.6 0.7 0.27
6633 2.8 0.8 0.29
6634 2.9 1.2 0.41
6635 3.1 1.4 0.45
6636 3.1 1.6 0.52
6637 3.2 1.8 0.56
6638 3.1 1.9 0.61
6639 3.1 2 0.65
6640 2.8 2 0.71
6641 2.7 2 0.74
6642 2.6 1.9 0.73
6643 2.3 1.8 0.78
6644 2.1 1.6 0.76
6645 1.8 1.4 0.77
6646 1.7 1.2 0.70
6647 1.7 0.9 0.53
6648 1.7 0.6 0.35
B. Penentuan letak 10P16
Steppermotor
Daya laser [au]
Sinyal [au]
Sinyal ternormalisir
[au]
6730 6 1.3 0.22
6731 5.7 1.3 0.23
6732 5.5 1.4 0.26
6733 5.3 1.4 0.26
6734 5 1.4 0.28
6735 4.8 1.3 0.27
6736 4.8 1.3 0.27
6737 4.3 1.2 0.28
6738 3.8 1.2 0.32
6739 3.2 1.1 0.34
6740 2.6 1 0.38
6741 2.1 0.9 0.43
6742 1.7 0.7 0.41
6743 1.6 0.5 0.31
6744 1.6 0.4 0.25
6745 1.7 0.2 0.12
6746 1.6 0.1 0.06
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
LAMPIRAN 2
Pada penelitian ini, kalibrasi dilakukan saat etilen 1 ppm dialirkan pada sel
fotoakustik. Untuk mengalirkan etilen 1 ppm, gas etilen standar 10 ppm
diencerkan hingga berkonsentrasi 1 ppm. Hasil pengukuran konsentrasi gas etilen
1 ppm ditampilkan pada tabel 2 di bawah ini :
Tabel 2: Data konsentrasi gas etilen standar 1 ppm yang diukur saat kalibrasi
NO.
Waktu [jam]Konsentrasi etilen [ppb]
1 0.04586 967.72 0.09998 971.73 0.04566 973.14 0.09998 1060.35 0.04586 1065.86 0.09998 975.57 0.04576 974.88 0.09998 981.69 0.04732 977.3
10 0.09998 979.711 0.04784 974.412 0.09998 1074.713 0.04867 1065.914 0.09998 1019.915 0.04489 1017.316 0.09998 997.917 0.04618 1006.618 0.09998 1050.919 0.04988 1036.320 0.09998 949.121 0.04758 950.4
Konsentrasi gas etilen yang diproduksi (1003±9)ppb
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
LAMPIRAN 3
Pada penelitian ini, buah apel fuji yang digunakan memiliki berat 195
gram. Buah tersebut diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20%
O2. Hasil pengukurannya ditampilkan pada tabel 3 di bawah ini.
Tabel 3 : Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi buah apel fuji
No waktu (jam) Konsentrasi untuk 195 gr apel [ppb]
Konsentrasi per 1 gr [ppb]
1 1.21288 817.1 4.22 1.22224 834.0 4.33 1.23151 795.0 4.14 1.23842 829.5 4.35 1.24762 788.3 4.16 1.25684 841.5 4.37 1.26604 783.5 4.08 1.27527 770.1 3.99 1.28446 741.0 3.8
10 1.29369 825.5 4.211 1.30289 796.9 4.112 1.31211 765.2 3.913 1.32124 740.9 3.814 1.33046 784.9 4.015 1.33967 782.5 4.016 1.34889 770.0 3.917 1.35813 747.5 3.818 1.38597 786.0 4.019 1.39516 788.0 4.020 1.40438 767.7 3.921 1.41351 766.2 3.922 1.42273 801.5 4.123 1.43193 795.4 4.124 1.44115 798.7 4.125 1.45035 791.3 4.126 1.45964 849.8 4.427 1.46891 817.6 4.228 1.52429 858.8 4.4 Konsentrasi gas etilen
yang diproduksi (794 ±6)ppb (4.07±0.03)ppb
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
LAMPIRAN 4
Pada penelitian ini, buah pisang kepok yang digunakan memiliki berat 74
gram. Buah tersebut diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20%
O2. Hasil pengukurannya ditampilkan pada tabel 4 di bawah
Tabel 4: Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi buah pisang kepok
No waktu (jam) Konsentrasi etilen untuk 74 gr pisang [ppb]
Konsentrasi etilen per 1 gr [ppb]
1 1.71365 240.7 3.3 2 1.72291 214.3 2.9 3 1.73212 228.5 3.1 4 1.74133 216.7 2.9 5 1.75054 214.4 2.9 6 1.75975 203.3 2.7 7 1.7689 197.9 2.7 8 1.77803 193.2 2.6 9 1.78718 185.0 2.5
10 1.7963 183.9 2.5 11 1.80552 167.4 2.3 12 1.81464 169.9 2.3 13 1.82379 154.8 2.1 14 1.83299 154.4 2.1 15 1.84215 160.1 2.2 16 1.85134 161.3 2.2 17 1.86056 154.4 2.1 18 1.86976 149.1 2.0 19 1.87891 138.9 1.9 20 1.88804 135.4 1.8 21 1.89719 145.9 2.0 22 1.90633 142.3 1.9 23 1.91541 149.3 2.0 24 1.92461 151.6 2.0 25 1.93369 149.1 2.0 26 1.94281 157.0 2.1 27 1.95196 153.7 2.1 28 1.96109 151.9 2.1
Konsentrasi gas etilen yang diproduksi
(172 ± 6)ppb (2.3 ± 0.1)ppb
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
61
LAMPIRAN 5
Pada penelitian ini, kecambah kacang hijau yang digunakan memiliki berat
total sebesar 50 gram. Kecambah kacang hijau sebanyak 516 buah yang
digunakan, rata – rata memiliki berat 0.097 gram. Kecambah kacang hijau
tersebut diletakkan pada lingkungan udara yang mengandung 20% O2. Hasil
pengukurannya ditampilkan pada tabel 5 di bawah ini :
Tabel 5 : Data hasil pengukuran konsentrasi etilen yang diproduksi kecambah kacang hijau
No waktu (jam) Konsentrasi etilenuntuk 50 gr kecambah [ppb]
Konsentrasi etilen per 1 gr kecambah [ppb]
konsentrasi etilen per 0.097 gr kecambah [ppb]
1 2.11696 381.6 7.6 0.7
2 2.12386 415.6 8.3 0.8
3 2.13306 408.7 8.2 0.8
4 2.14228 482.6 9.7 0.9
5 2.1699 423.7 8.5 0.8
6 2.17912 490.5 9.8 1.0
7 2.18832 459.1 9.2 0.9
8 2.19761 430.4 8.6 0.8
9 2.23457 452.5 9.1 0.9
10 2.24391 483.7 9.7 0.9
11 2.25306 483.1 9.7 0.9
12 2.2624 480.6 9.6 0.9
13 2.28089 400.4 8.0 0.8
14 2.29004 393.4 7.9 0.8
15 2.30853 383.2 7.7 0.7
16 2.31781 383.7 7.7 0.7
17 2.34538 390.1 7.8 0.8
18 2.35466 450.6 9.0 0.9
19 2.36388 468.8 9.7 0.9
20 2.37315 490.3 9.8 1.0
21 2.38237 466.8 9.3 0.9
22 2.39154 535.3 10.7 1.0
23 2.40076 516.5 10.3 1.0
konsentrasi gas etilen yang diproduksi
(446.6 ± 7.8)ppb (8.9 ± 0.2)ppb (0.90 ± 0.02)ppb
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
62
Lampiran 6
Contoh perhitungan
• Untuk satu kecambah yang digunakan dalam pengukuran ini rata – rata
memiliki berat (B) sebesar 0.097 gr. Bila untuk 1 gram kecambah,
konsentrasi etilen (C1) yang dihasilkan sebesar 7,6 ppb (Tabel 4) maka
untuk 1 kecambah, konsentrasi yang dihasilkan menjadi :
ppbCppbCBCC
etilen
etilen
etilen
7.0)097.0(6,7
.1
===
• Untuk mencari ketidakpastian pada setiap hasil perhitungan digunakan
rumus ketidakpastian yaitu :
)1()( 2
−−Σ
=nn
XXtianketidakpas i
dengan : X merupakan rata – rata dari seluruh hasil pengukuran Xi merupakan data ke i n merupakan jumlah data yang dihasilkan. Sebagai contoh perhitungan, pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang
diproduksi buah apel dengan berat 195 gram, ketidakpastian
pengukurannya sebesar :
ppbtianketidakpas 6)128(28
26297.78=
−=
Sehingga pada pengukuran konsentrasi gas etilen yang diproduksi buah
apel, dihasilkan gas etilen sebesar (794 ± 6) ppb.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI