Perancangan Sistem Pengukuran Konsentrasi Larutan Menggunakan Metode Difraksi

Oleh :Lusiana Weny Setyarini 2408100005

Dosen Pembimbing :

Ir. Heru Setijono, M.Sc 19490120 197612 1 001Agus Muhammad Hatta, ST, M.Si, PhD 19780902 200312 1 002

Jurusan Teknik FisikaFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya Seminar Tugas Akhir

10 Juli 2012

Latar Belakang

Chemical analysis (konsentrasi alkohol, kadar glukosa) yang

mulai dikembangkan

Metode yang banyak dikenal adalah spektroskopi

Metode yang mulai dikembangkan adalah dengan difraksi

Seminar Tugas Akhir

Pengukuran konsentrasi larutan gula menggunakankisi difraksi

Bagaimana merancang sebuah sistem fotonik dengan

prinsip difraksi untuk mengetahui konsentrasi suatu

larutan.

Bagaimana pengaruh sistem tersebut jika diberikan

berbagai jenis larutan.

Tujuan pengerjaan penelitian Tugas Akhir ini adalah agar dapat

mengetahui konsentrasi suatu larutan menggunakan prinsip

difraksi dan juga dapat mengetahui pengaruhnya terhadap

berbagai jenis larutan.

Permasalahan

Tujuan

Seminar Tugas Akhir

Larutan yang digunakan adalah larutan gula dengan

konsentrasi 10%, 20%, 30%, 40%, dan 50%

Jenis kisi difraksi yang digunakan adalah jenis reflection

dengan kerapatan 100 lines/mm

Laser yang digunakan adalah Laser He-Ne dengan panjang

gelombang 632,8 nm

Batasan Masalah

Seminar Tugas Akhir

Tinjauan Pustaka

Seminar Tugas Akhir

1) Penelitian Boonsong Sutapun dan Massood Tabib-Azar (2000) Menentukan indeks bias larutan (air, metanol, aseton) Kisi difraksi, serat optik

2) Penelitian N. L. Dmitruk, N. L. Dmitruk, O. I. Mayeva, S. V. Mamykin, O. B.Yastrubchak, dan M. Klopfleisch (2001) Menentukan kadar alkohol Multilayer diffraction grating

3) Penelitian T. Tamulevicˇius, R. Sˇeperys, M. Andrulevicˇius, dan S.Tamulevicˇius (2011) Menentukan indeks bias larutan Metode GLRS (Grating Light Reflection Spectroscopy)

4) Penelitian Gang Ye, Xiaogong Wang (2010) Menentukan kadar glukosa Kisi difraksi berbahan hidrogel

Teori Penunjang

DIFRAKSI

Pembelokan gelombang saat melewati suatu objek berupa rintangan ataupun

celah.

Cahaya yang melewati celah, sebagian akan diteruskan, sebagian lagi akan

dibelokkan.

Pola difraksi berupa pola gelap-terang.

CELAH

LAYAR(pola gelap terang)

θx

L

Transmission

KISI DIFRAKSI

Kumpulan dari elemen reflecting (pantulan) atau transmitting (terusan) yang

dipisahkan oleh jarak yang sebanding dengan panjang gelombang dari cahaya yang

dikenakan.

Reflection grating : kisi yang dikenai pada permukaan yang memantulkan

cahaya.

Transmission grating : terdiri dari kisi yang dikenai pada permukaan yang

transparan (meneruskan cahaya).

Reflection

SKEMA DIFRAKSI PANTULAN

PERSAMAAN DIFRAKSI

Seminar Tugas Akhir

PENETUAN ORDE

Seminar Tugas Akhir

KADAR ZAT DALAM LARUTAN

Persen Massa (% massa)Persen massa menyatakan bagian massa zat terlarut dalam 100 bagian

massa campuran (pelarut + zat terlarut)

Persen Volume (% volume)Persen volume menyatakan bagian volume zat terlarut dalam 100

bagian volume campuran (pelarut + zat terlarut)

Seminar Tugas Akhir

Mulai

Identifikasi permasalahan

Menentukan persamaan matematis

Pengambilan data sudut difraksi untuk berbagai larutan

Identifikasi komponen-komponen yang diperlukan

Perancangan sistem pengukuran konsentrasi

larutan dengan kisi difraksi

Pengujian sistem dengan variasi konsentrasi larutan

yang berbeda

Tujuan tercapai

?

Analisa data dan pembahasan

Penyusunan laporan dan presentasi

Selesai

YA

TIDAK

Metodologi Penelitian

Alat & BahanSet up sistem

cermin datar

kisi difraksi

layar

laser He-Ne

Skema sistem

Keterangan :He-Ne = Laser He-NeH = HoleG = GratingMD = Micro displacementL = LayarS = SampleAtt = Attenuator

= Sudut datang= Sudut difraksi pada

orde m = -3= Sudut difraksi pada

orde m = -2= Sudut difraksi pada

orde m = -1

G

A

B

C

D

E

iθ

θ C

θ B

θ A

L

MD

G

He-Ne

),,( ϕθy

P

H

S

Att

θ D

F

A’

B’

C’

D’

Hasil Pengukuran Sudut Difraksi

SUDUT DATANG

Seminar Tugas Akhir

SUDUT DIFRAKSI

y = -0.102x + 58.81R² = 0.860

53.554

54.555

55.556

56.557

57.558

58.5

0 10 20 30 40 50 60

Sudu

t Difr

aksi

, Ø (°

)

Konsentrasi, C (%)

Grafik sudut difraksi fungsi konsentrasi padaorde -1

m = -1

Linear (m = -1)

Orde m = -1

y = -0.139x + 66.93R² = 0.848

596061626364656667

0 10 20 30 40 50 60

Sudu

t Difr

aksi

, Ø(°

)

Konsentrasi, C (%)

Grafik sudut difraksi fungsi konsentrasi padaorde -2

m = -2Linear (m = -2)

Orde m = -2

y = -0.209x + 78.54R² = 0.838

6869707172737475767778

0 10 20 30 40 50 60

Sudu

t Difr

aksi

, Ø(°

)

Konsentrasi, C (%)

Grafik sudut difraksi fungsi konsentrasi padaorde -3

m = -3

Linear (m = -3)

Orde m = -3

Persamaan Matematis

Orde m = -1

Orde m = -2

Orde m = -3

Seminar Tugas Akhir

Ø = sudut difraksiC = konsentrasi larutan

Validitas Sistem

Dilakukan pengambilan sudut difraksi pada larutan A

(konsentrasi 14%) dan larutan B (konsentrasi 18%)

Sudut difraksi yang diperoleh dimasukkan ke persamaan

matematis sesuai orde difraksi

Diperoleh nilai akurasi pada orde difraksi m = -2 dengan error

sebesar 3,3% untuk larutan A dan 6,6% untuk larutan B

Seminar Tugas Akhir

Kesimpulan

Seminar Tugas Akhir

Metode difraksi dapat dilakukan untuk mengukur konsentrasi larutan

dengan memanfaatkan hubungan antara indeks bias dan sudut difraksi.

Indeks bias sendiri berbanding lurus dengan konsentrasi larutan.

Karakteristik dari sistem adalah linier dengan linieritas 0,86 untuk orde

m = -1; 0,848 untuk orde m = -2, dan 0,838 untuk orde m = -3

Pengukuran konsentrasi larutan dengan akurasi paling tinggi terletak pada

orde m = -2 karena memiliki error yang paling kecil setelah dilakukan

pengujian kembali, yaitu 3,3%

Range pengukuran konsentrasi adalah pada konsentrasi 10% sampai

dengan 50%

Resolusi dari sistem adalah 0,102% pada perubahan 1° sudut difraksi untuk

orde m = -1; 0,139% pada perubahan 1° sudut difraksi untuk orde m = -2; dan

0,209% pada perubahan 1° sudut difraksi untuk orde m = -3.

Saran

Seminar Tugas Akhir

Setting alat sebaiknya dikondisikan tetap saat pengambilan data

validasi untuk meminimalisir besarnya error.

Daftar Pustaka

1. Amri, F. K. 2011. Pengukuran Kadar Gula dengan Indeks Bias Menggunakan Refraktometer.<URL:http://genting bocor.wordpress.com /2011/04/03/laporan-pengukuruan-kadar-gula-dengan-indeks-bias-menggunakan refraktomet er/>

2. Bass, M. 1995. Handbook of Optics Volume I Fundamental, Techniques, and Design. New York :McGraw-Hill Inc

3. Keiser, G. 1991. Optical Fiber Communication (Second Edition). Singapore : McGraw-Hill Inc4. Palmer, C. 2005. Diffraction Grating Handbook Sixth Edition. New York : Newport Corporation5. Pikatan, S. Januari 1991. “Laser”. Kristal 4:1-116. Ratnawati, C. D., 2007. Reflektansi dan Transmitansi Cahaya pada Larutan Gula dan Larutan Garam.

Semarang : Jurusan Fisika Universitas Diponegoro7. Sainov, S., 1994. “Optical Sensor Based on Total Internal Reflection Diffraction Grating”. Sensor and

Actuators A 45: 1-68. Sainov, S., dan Tontchev, D., 1989. “Using a Total Internal Reflection Diffraction Grating for Investigating

Absorbing Liquids”. Optics and Laser in Engineering 10: 17-269. Singh, S. 2002. Refractive Index Measurement and It Applications. Physica Scripta10. Steen, W., dan Mazumdeer, J. 2010. Laser Material Processing 4th Edition. London : Springer11. Subedi, D. P., Adhikari, D. R., Joshi, U. M., Poudel, H. N., dan Niraula, B. 2006. Study of Temperature and

Concentration Dependence of Refractive Index of Liquids using a Novel Technique. KathmanduUniversity Journal of Science, Engineering and Technology

12. Sutapun, B., dan Tabib-Azar, M., Feb. 2000. “Grating-coupled Multimode Fiber Optics for Filtering andChemical-sensing Applications”. Sensor and Actuators B, 69: 63-69

13. Tamulevicˇius, T., Sˇeperys, R., Andrulevicˇius, M., Tamulevicˇius, S., 2011. “Total Internal Reflection BasedSub-wavelength Grating Sensor for the Determination of Refractive Index of Liquids. Photonics andNanostructures 9: 140-148

14. Tim Penyusun. 2005. Diktat Kuliah Fisika Optik. Bandung : Fakultas Teknik Elektro UniversitasLanglangbuana

15. Ye, G., and Wang, X., 2010. “Glucose Sensing Through Diffraction Grating of Hydrogel BearingPhenylboronic Acid Groups”. Biosensor and Bioelectronics 26: 772-777