analisis spektrum transmitansi plastic optical fiber
TRANSCRIPT
ANALISIS SPEKTRUM TRANSMITANSI PLASTIC OPTICAL
FIBER DENGAN SELUBUNG CARBON NANODOTS (C-DOTS)
DARI STYROFOAM UNTUK DETEKSI ION LOGAM BERAT
Skripsi
diajukan untuk memenuhi salah satu syarat
untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Program Studi Fisika
oleh
Mutmainah Lestari
4211415018
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2019
ii
PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING
Skripsi yang berjudul βAnalisis Spektrum Transmitansi Plastic Optical Fiber
dengan Selubung Carbon Nanodots (C-Dots) dari Styrofoam untuk Deteksi Ion
Logam Beratβ ini telah disetujui oleh pembimbing untuk diajukan ke sidang ujian
skripsi Jurusan Fisika, Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri
Semarang.
Semarang, 21 Agustus 2019
Pembimbing
Dr. Mahardika Prasetya Aji, M.Si.
NIP 19810815 200312 1 003
iii
PERNYATAAN
Saya menyatakan bahwa yang tertulis dalam skripsi ini benar-benar hasil
karya saya, bukan jiplakan dan karya tulis orang lain, baik sebagian atau
seluruhnya. Pendapat atau temuan orang lain yang terdapat dalam skripsi ini dikutip
atau dirujuk berdasarkan kode etik ilmiah.
Semarang, 21 Agustus 2019
Penulis
Mutmainah Lestari
4211415018
iv
PENGESAHAN
Skripsi yang berjudul
Analisis Spektrum Transmitansi Plastic Optical Fiber dengan Selubung
Carbon Nanodots (C-Dots) dari Styrofoam untuk Deteksi Ion Logam Berat
Disusun oleh
Mutmainah Lestari
4211415018
telah dipertahankan di hadapan sidang Panitia Ujian Skripsi Jurusan Fisika FMIPA
UNNES pada tanggal 21 Agustus 2019.
Panitia:
Ketua Sekretaris
Dr. Sugianto, M.Si. Dr. Suharto Linuwih, M.Si.
NIP 19610219 199303 1 001 NIP 19680714 199603 1 005
Ketua Penguji Anggota Penguji
Dr. Ian Yulianti, S.Si., M.Eng. Dr. Putut Marwoto, M.S.
NIP 19770701 200501 2 001 NIP 19630821 198803 1 004
Anggota Penguji /Pembimbing
Dr. Mahardika Prasetya Aji, M.Si.
NIP 19810815 200312 1 003
Anggota Penguji /Pembimbing
Dr. Mahardika Prasetya Aji, M.Si.
NIP 19810815 200312 1 003
Sekretaris
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO
Allah itu Maha Adil dan Maha Baik, yakinlah rencana-Nya akan jauh lebih indah
dibandingkan dengan rencana hamba-Nya (Tari, 2019).
Alangkah indahnya jika hidup ini dinikmati dan disyukuri, karena proses menuju
kebahagiaan setiap orang itu berbeda-beda dan dengan caranya masing-masing
(Tari, 2019).
Hidup itu harus terus di perjuangkan. Karena kamu berhak dan pantas menjadi
pemenang (Tari, 2019).
PERSEMBAHAN
Untuk Keluargaku
Bapak, Ibu, dan adik tercinta
Bapak Mahardika Prasetya Aji
Bapak- Ibu Dosen
Sahabat-Sahabatku
Teman- temanku
Almamaterku
vi
PRAKATA
Bismillahirrohmanirrohim,
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas
segala rahmat, karunia dan hidayah-Nya sehingga, skripsi ini dapat terselesaikan.
Shalawat dan salam semoga selalu tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW
beserta keluarga, sahabat dan orang-orang yang mengikuti risalah beliau hingga
akhir zaman.
Alhamdulillah, setelah melalui perjuangan dengan berbagai kendala,
akhirnya penulis diijinkan-Nya untuk menyelesaikan penyusunan skripsi yang
berjudul βAnalisis Spektrum Transmitansi Plastic Optical Fiber dengan
Selubung Carbon Nanodots (C-Dots) dari Styrofoam untuk Deteksi Ion Logam
Beratβ dengan tepat waktu. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk
melengkapi kurikulum dan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu pada
Program Studi Fisika Jurusan Fisika Universitas Negeri Semarang.
Terselesaikannya skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak. Untuk
itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Keluargaku, Bapak Wiyono Rochmad dan Ibu Istina Atun tercinta atas
doa yang selalu dipanjatkan, semangat yang selalu diberikan, kesabaran
yang selalu dicurahkan, dan dukungan moril maupun materil yang tak
henti-hentinya diberikan.
2. Adikku Yuyun Woro Rumningsih tersayang yang menjadi motivasi dan
sebagai tempat betukar pikir.
3. Dr. Mahardika Prasetya Aji, S.Si., M.Si. selaku dosen pembimbing yang
telah membimbing dengan penuh kesabaran, memberikan arahan serta
meluangkan waktu untuk selalu memberikan masukan, saran dan
motivasi selama penyusunan skripsi ini.
4. Fianti., S.Si., M.Sc., Ph.D. sebagai dosen wali yang telah memberikan
motivasi selama masa perkuliahan.
vii
5. Dr. Ian Yulianti, S.Si., M.Eng. selaku dosen penguji I yang telah
mengijinkan penelitian di Laboratorium Fisika Instrumentasi dan
menyediakan bahan penelitian.
6. Asisten laboratorium Fisika: Rodhotul Muttaqin, S.Si., Natalia Erna S.,
S.Pd., dan Wasi Sakti Wiwit Prayitno, S.Pd yang telah membantu
jalannya penelitian.
7. Ciwi-ciwiku dan sahabat-sahabatku selama di Semarang: Fina, Deska,
Laras, Ika, Amanda, Laely, dan Ani.
8. Teman- teman, kakak- kakakku di Applied Physics Laboratry: Fina, Ika,
Mbak Ita, Mas Devin, Mas Adi, Mas Aan, Dek Jenny, Dek Dea, dan Dek
Yuvita yang selalu menyemangati, mendukung, dan menjadi teman
bertukar pikir selama penelitian.
9. Teman-teman Fisika 2015 dan teman-teman KKN Alternatif IIA Desa
Pagersari Kecamatan Bergas 2018 atas motivasi dan dukungan selama
menjalani perkuliahan, penelitian, dan KKN.
10. Bapak dan Ibu Anwar, Teman-teman, Mbak-mbak, dan adik-adik
βRamadhina Kostβ atas masukan dan bimibingan, canda-tawa, ejekan,
dan motivasi selama berjuang melepaskan status mahasiswa.
11. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang
membantu menyelesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan dan kesalahan
karena keterbatasan yang dimiliki penulis. Akhir kata, penulis berharap semoga
skripsi ini dapat bermanfaat bagi penulis sendiri dan bagi pembaca sekalian. Penulis
juga mengharapkan saran dan kritik demi menyempurnakan penelitian ini. Semoga
penelitian yang telah dilakukan dapat menjadikan sumbangsih bagi kemajuan dunia
riset indonesia.
Semarang, 21 Agustus 2019
Penulis
viii
ABSTRAK
Lestari, Mutmainah. (2019). Analisis Spektrum Transmitansi Plastic Optical Fiber
dengan Selubung Carbon Nanodots (C-Dots) dari Styrofoam untuk Deteksi Ion
Logam Berat. Skripsi, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Negeri Semarang. Pembimbing Utama Dr. Mahardika Prasetya
Aji, M.Si.
Kata Kunci: Transmitansi, C-Dots, Styrofoam, Plastic Optical Fiber
Keberadaan ion logam berat dengan kadar yang melebihi ambang batas akan
mengakibatkan permasalahan yang serius bagi lingkungan. Langkah awal
penanggulangan ion logam berat yaitu dengan cara deteksi ion logam berat
menggunakan sensor serat optik. Diantara berbagai macam jenis serat optik, serat
optik plastik (POF) memiliki kelebihan dibandingkan dengan serat optik silika. Saat
ini banyak penelitian yang menggunakan modifikasi antara C-Dots dengan serat
optik untuk menghasilkan nanosensor yang spesifik, murah, dan lebih akurat. Selain
itu, C-Dots mempunyai gugus khas karboksil yang bermuatan negatif, sehingga
dapat berinteraksi dengan ion logam berat yang bermuatan positif. C-Dots disintesis
dari daur ulang styrofoam karena kandungan monomer stirena dari styrofoam yang
memiliki gugus karbon yang tinggi yaitu sebesar 92%. Penelitian ini bertujuan
untuk menganalisis POF dengan modifikasi selubung terhadap ion-ion logam berat
berdasarkan spektrum transmitansi-nya. Modifikasi selubung POF dilakukan
dengan proses etsa menggunakan larutan aseton 99% selama 30 detik dan
melapiskan C-Dots dari styrofoam. Sintesis C-Dots dari styrofoam dilakukan
melalui proses pemanasan pada suhu 240o C selama 2 jam. Proses pelapisan POF
dilakukan dengan metode coating dengan cara melapiskan C-Dots dari styrofoam
pada selubung POF. Karakterisasi dilakukan menggunakan Spektrofotometer UV-
Vis-NIR (Ocean optics USB4000) untuk mengetahui spektrum transmitansi-nya
dan alat SEM-EDX untuk megetahui struktur permukaan dan kandungan unsur
atomik dari C-Dots dari styrofoam. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa
modifikasi POF dengan selubung C-Dots dari styrofoam memiliki respon terhadap
ion logam berat ditunjukkan dengan adanya perubahan spektrum transmitansi
sedangkan POF dengan modifikasi selubung styrofoam tidak memiliki respon
terhadap ion logam berat dengan tidak adanya perubahan spektrum transmitansi.
Hal ini diperkuat dengan adanya uji SEM-EDX dengan hasil menunjukkan bahwa
C-Dots dari styrofoam meyerap ion logam berat Cd2+. Selain itu, hasil perubahan
intensitas transmitansi masksimum menunjukan bahwa modifikasi POF dengan
selubung C-Dots dari styrofoam memiliki respon tertinggi terhadap ion logam berat
Cd2+. POF dengan lapisan C-Dots dari styrofoam dapat digunakan secara berulang
dalam pendeteksian terhadap ion-ion logam berat dengan hasil relatif stabil dalam
tiga kali penggunaan.
ix
DAFTAR ISI
Halaman
PERSETUJUAN DOSEN PEMBIMBING .......................................................... ii
PERNYATAAN ................................................................................................. iii
PENGESAHAN .................................................................................................. iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ........................................................................ v
PRAKATA ......................................................................................................... vi
ABSTRAK ....................................................................................................... viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix
DAFTAR TABEL .............................................................................................. xi
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xii
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 4
1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 4
1.4 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 5
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................... 5
1.6 Sistematika Skripsi ................................................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 7
2.1 Carbon Nanodots (C-Dots) ....................................................................... 7
2.2 Logam Berat ............................................................................................. 8
2.3 Serat Optik ............................................................................................. 10
2.3.1 Perambatan Cahaya dalam Serat Optik ................................................... 10
2.3.2 Evanescent Wave .................................................................................... 15
2.3.3 Klasifikasi Serat Optik ............................................................................ 16
2.3.4 Plastic Optical Fiber (POF) .................................................................... 18
2.4 Jenis Ikatan ............................................................................................. 20
2.4.1 Ikatan Ion ............................................................................................... 20
2.4.2 Ikatan Kovalen ....................................................................................... 21
2.4.3 Ikatan Logam ......................................................................................... 22
x
BAB III METODE PENELITIAN ..................................................................... 23
3.1 Tempat dan Alur Penelitian .................................................................... 23
3.2 Alat dan Bahan ....................................................................................... 25
3.2.1 Bahan ..................................................................................................... 25
3.2.2 Alat ........................................................................................................ 25
3.3 Langkah Penelitian ................................................................................. 25
3.3.1 Pembuatan Sampel Styrofoam dan Sampel C-Dots Styrofoam ................. 25
3.3.2 Proses Coating ....................................................................................... 26
3.3.3 Analisis POF dengan Modifikasi Selubung terhadap Ion-ion logam ..........
Berat....................................................................................................... 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................ 28
4.1 Proses coating C-Dots dari Styrofoam pada Fiber Optik Plastik. ............ 28
4.2 Respon POF dengan Modifikasi Selubung terhadap Ion-ion Logam ...........
Berat ...................................................................................................... 32
4.3 Pengaruh Konsentrasi Ion Logam Berat Cd2+ dan Jumlah Pengukuran....36
4.4 Analisis SEM-EDX.. .............................................................................. 38
BAB V PENUTUP ............................................................................................ 41
5.1 Simpulan.. .............................................................................................. 41
5.2 Saran.. .................................................................................................... 41
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 42
xi
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Data baku mutu limbah cair .................................................... 9
xii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Contoh fluoresensi C-Dots yang dihasilkan dari kulit buah jeruk.......8
Gambar 2.2 Numerical aperture............................................................................11
Gambar 2.3 Peristiwa evanescent wave dalam serat optik.....................................15
Gambar 2.4 Jalur sinar pada fiber step-index........................................................17
Gambar 2.5 Jalur sinar pada fiber graded-index...................................................18
Gambar 2.6 Diameter POF....................................................................................19
Gambar 2.7 Struktur POF.....................................................................................19
Gambar 3.1 Diagram alur penelitian.....................................................................24
Gambar 3.2 Skema karakterisasi menggunakan alat UV-Vis-NIR pada POF
dengan modifikasi selubung terhadap ion-ion logam berat................27
Gambar 4.1 (a) POF dengan selubung dan (b) POF tanpa selubung .....................29
Gambar 4.2 POF: (a) tanpa selubung (b) dengan selubung styrofoam dan
(c) dengan selubung C-Dots dari styrofoam.....................................30
Gambar 4.3 Citra miskroskop POF dengan perbesaran 50 kali: (a) tanpa
selubung, (b) selubung styrofoam, dan (c) selubung C-Dots
dari styrofoam...................................................................................31
Gambar 4.4 Spektrum transmitansi POF dengan (a) selubung styrofoam dan
(b) C-Dots dari styrofoam terhadap berbagai macam ion-ion
logam berat........................................................................................33
Gambar 4.5 Intensitas transmitansi POF dengan (a) selubung styrofoam dan
(b) C-Dots dari styrofoam terhadap berbagai macam ion-ion
logam berat........................................................................................35
Gambar 4.6 Perubahan intensitas transmitansi akuades terhadap ion
logam berat........................................................................................36
Gambar 4.7 Intensitas transmitansi POF dengan selubung C-Dots dari
styrofoam terhadap variasi konsentrasi ion logam berat Cd2+...........37
Gambar 4.8 Intensitas absorbansi POF dengan selubung C-Dots pada
pengukuran ke-1, ke- 2, dan ke- 3.....................................................38
xiii
Gambar 4.9 Hasil uji SEM-EDX pada sampel styrofoam (a) Struktur
morfologi dan (b) Kandungan unsur atomik......................................39
Gambar 4.10 Hasil uji SEM-EDX pada sampel C-Dots dari styrofoam (a)
Struktur morfologi dan (b) Kandungan unsur atomik........................40
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Keberadaan ion logam berat merupakan sumber pencemar yang
sangat membahayakan bagi lingkungan. Beberapa contoh logam berat yang
beracun bagi manusia adalah Cadmium (Cd), Cobalt (Co), Copper (Cu),
Nickel (Ni), Chromium (Cr), Mercury (Hg), and Lead (Pb). Logam berat
terdapat di dalam air dengan kadar yang melebihi ambang batas akan
mengakibatkan permasalahan yang serius bagi lingkungan. Sifat logam
berat yang tidak terurai dan beracun dapat menyebabkan beragam dampak
negatif bagi makhluk hidup (Damin, 2011; Fu & Wang, 2011; dan
Goncalves, et al., 2010).
Dampak negatif yang ditimbulkan dari keberadaan ion logam berat
terhadap lingkungan perairan bergantung pada bagian mana logam berat
tersebut terikat dalam tubuh. Daya racun yang dimiliki akan bekerja sebagai
penghalang kerja enzim, sehingga metabolisme tubuh akan terputus. Selain
itu, logam berat juga akan bertindak sebagai penyebab alergi, mutagen, dan
kasinorgen bagi manusia ataupun hewan (Said, 2010). Berbagai organisme
yang hidup di lingkungan perairan mudah menyerap logam berat langsung
dari air dalam bentuk ionik dan relatif larut di dalam air. Sehingga,
berbahaya bagi sistem perairan termasuk biota-biota yang terdapat di
dalamnya (Hulda, et al., 2015).
Kegiatan industri yang intensif dan berbagai aktivitas manusia
seperti kegiatan pertambangan, kegiatan industri penggilingan, industri
manufaktur, pertambakan, aktivitas pelabuhan, tumpahan minyak dari
kapal, limbah rumah tangga, pertanian, dan medis telah mengakibatkan
pelepasan limbah logam berat ke lingkungan (Karbassi, et al., 2007).
Pelepasan logam berat ke lingkungan tersebut akan menimbulkan
2
permasalahan yang serius bagi kelangsungan hidup manusia maupun biota
di sekitarnya (Setiawan & Subiandono, 2015).
Langkah awal untuk mengatasi permasalahan ion logam berat yaitu
dengan deteksi ion logam berat. Beberapa macam metode yang digunakan
dalam pendeteksian ion logam berat antara lain metode fotoredukis,
penukaran ion (resin), pengendapan, elektrolisis, dan adsorbsi (Verma &
Gupta, 2014). Penggunaan sensor konvensional digunakan dalam
pendeteksian ion logam berat dengan cara pengukuran laboratorium atau
pengukuran titik. Salah satu contoh metode yang digunakan pada sensor
konvensional adalah metode elektrode selektive ion (ESI). Namun, terdapat
kelemahan dari metode ini yaitu kestabilannya rendah (Purwanto, et al.,
2011). Kelemahan metode ini adalah tidak efisien dalam pengambilan data
yang tidak dapat dilakukan secara real time, in-situ, dan terdistribusi maka
dikembangkan sistem sensor serat optik. Sensor serat optik dapat dilakukan
pengambilan data secara real time, in-situ, dan terdistribusi. Metode analisis
pada sensor serat optik ini menggunakan analisis transmitansi. Analisis
transmitansi merupakan salah satu metode spektrofotometri UV-Vis yang
memiliki beberapa keunggulan antara lain dapat menunjukkan unjuk kerja
yang lebih teliti, biaya murah, dan menggunakan waktu yang singkat
(Praktik, 2012). Analisis transmitansi telah dilakukan oleh Zeid, et al.,
(2018) dalam penentuan kandungan ion logam berat Cu2+, Pb2+, dan Ca2+.
Serat optik dibedakan menjadi dua jenis yaitu serat optik silika dan
plastic optical fiber (POF). Plastic optical fiber (POF) atau biasa juga
disebut dengan fiber optik plastik memiliki beberapa kelebihan
dibandingkan dengan serat optik silika diantaranya mudah penanganan dan
penyambungan, menggunakan piranti uji yang sederhana dan tidak mahal,
dan lebih aman daripada serat optik kaca yang memerlukan sumber cahaya
laser (Albadiah, 2017).
Penggunaan sensor serat optik telah digunakan sebelumnya untuk
mendeteksi berbagai macam parameter fisis seperti temperatur (Yudoyono,
2010), strain bahan (Zhou, et al., 2014), gaya (Roriz, et al., 2014),
3
deformasi bahan (Zhang, et al., 2016), pergeseran (Yang, et al., 2015), dan
gas (Mishra, et al., 2014). Goncalves, et al., (2010) telah melakukan
penelitian mengenai sensor fiber optik silika sebagai deteksi ion logam berat
Hg (II) dengan gabungan nanomaterial carbon dots (C-Dots). Sintesis
nanomaterial C-Dots dilakukan oleh laser ablasi berdenyut UV (248 nm,
KrF) yang memerlukan biaya yang mahal dan target C-Dots direndam
dalam air. Teknik imobilisasi pada fiber optik yang digunakan pada
penelitian tersebut yaitu teknik sol-gel. Imobilisasi nanomaterial C-Dots
fluorosen dalam matriks sol-gel dilakukan pada ujung fiber optik silika.
Teknik sol-gel mempunyai sifat yang keropos, sehingga spesies yang
terperangkap tetap dapat berinteraksi dengan spesies kimia atau analit
eksternal. Namun, teknik sol-gel mempunyai kelemahan yaitu dapat
mengubah bahan kimia dan sifat biologis dari spesies yang terperangkap.
Metode pendeteksian yang digunakan yaitu berbasis sensor fluorosen.
Metode fluorosen memiliki kekurangan diantaranya membutuhkan sumber
cahaya yang lebih kuat dan detektor dengan sensitivitas yang lebih untuk
dapat mendeteksi ion logam berat Hg (II) dengan konsentrasi yang rendah.
C-Dots sebagai anggota baru karbon dengan ukuran dibawah 10 nm
telah mendapat perhatian besar sebagai probe fluoresen yang diperoleh
dengan biaya rendah dan biomassa yang melimpah sebagai deteksi ion
logam be rat (Geng, et al., 2015). C-Dots memiliki keuntungan unik karena
selektivitas dan sensistivitas yang lebih tinggi, luas permukaan yang besar,
efisiensi katalik yang tinggi, reaktivitas permukaan yang tinggi, dan
kapasitas adsorbsi yang kuat (Liu, et al., 2017). Melalui proses adsorbsi,
keberadaan gugus fungsi pada permukaan C-Dots yang didominasi oleh
gugus fungsi carboxyl dan hydroxyl yang membentuk struktur graphitic
sangat efektif merespon kehadiran ion logam berat di dalam air karena
adanya interaksi yang kuat terhadap kation logam berat tersebut (Ding, et
al., 2014).
C-Dots dapat disintesis dari berbagai jenis polimer plastik seperti
polipropilena (PP) (Aji, et al. 2018), polifinil klorida (Vasanthkumar et al.,
4
2014), dan polistirena (Aji et al., 2018 dan Meincke, et al., 2003).
Berdasarkan Fitriya (2018) C-Dots telah berhasil disintesis dari salah satu
jenis polistirena yaitu styrofoam. Styrofoam berpotensi sebagai sumber
karbon dalam pembuatan C-Dots karena mengandung rantai panjang karbon
yaitu perulangan monomer stirena (C8H8). Monomer stirena merupakan
senyawa hidrokarbon aromatik yang memiliki gugus karbon yang tinggi
yaitu sebesar 92% (Zhuo & Levendis, 2014 dan Lee, et al., 2003). Selain
beberapa potensi yang dimiliki styrofoam tersebut, penggunaan styrofoam
sebagai bahan C-Dots dapat meningkatkan nilai guna dari limbah styrofoam
berhubung material ini sangat sulit untuk didaur ulang.
Berdasarkan uraian di atas, maka dilakukan penelitian mengenai
analisi spektrum transmitansi POF dengan selubung C-Dots dari styrofoam
untuk deteksi ion logam berat. Penggunaan material dari styrofoam sebagai
selubung POF terhadap ion logam berat bertujuan menghasilkan modifikasi
selubung POF sebagai nanosensor yang murah.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan, maka permasalahan yang
menjadi fokus kajian dalam penelitian ini yaitu:
1. Bagaimana respon POF dengan modifikasi selubung terhadap ion-ion
logam berat?
2. Jenis ion logam berat apa yang memiliki sensitivitas tertinggi terhadap
POF dengan modifikasi selubung C-Dots dari styrofoam?
3. Bagaimana respon POF dengan modifikasi selubung C-Dots dari
styrofoam dengan pengukuran berulang?
1.3 Batasan Masalah
Pembatasan masalah dimaksudkan untuk membatasi ruang lingkup penelitian.
Batasan masalah dalam penelitian ini, yaitu:
1. Serat optik yang digunakan adalah POF.
5
2. Ion logam berat yang digunakan adalah Cd2+, Fe2+, Pb2+, Co2+, Ni3+, dan
Hg+.
3. Analisis respon yang dilakukan dalam penelitian ini dibatasi dengan
menggunakan spektrum transmitansi dari hasil pengukuran
spektrofotometer UV-Vis-NIR.
1.4 Tujuan Penelitian:
Tujuan dari penelitian ini yaitu :
1. Mengetahui respon POF dengan modifikasi selubung terhadap ion-ion
logam berat.
2. Mengetahui ion logam berat yang memiliki sensitivitas tertinggi terhadap
POF dengan modifikasi selubung C-Dots dari styrofoam.
3. Mengetahui respon POF dengan modifikasi selubung C-Dots dari styrofoam
dengan pengukuran berulang.
1.5 Manfaat Penelitian
Berdasarkan uraian latar belakang dan tujuan yang telah disebutkan di atas
dapat diperoleh manfaat dalam penelitian ini antara lain:
1. Memanfaatkan styrofoam sebagai selubung POF dan memberikan alternatif
lain dalam penanganan limbah styrofoam.
2. Memberikan alternatif dalam monitoring ion-ion logam berat.
1.6 Sistematika Skripsi
Sistematika penulisan skripsi disusun dan dibagi menjadi tiga bagian untuk
memudahkan pemahaman tentang struktur dan isi skripsi. Penulisan skripsi ini
dibagi menjadi tiga bagian, yaitu bagian pendahuluan skripsi, bagian isi skripsi, dan
bagian akhir isi skripsi.
Bagian pendahuluan skripsi terdiri dari halaman judul, sari (abstrak), halaman
pengesahan, motto dan persembahan, kata pengantar, daftar isi, daftar gambar,
daftar tabel, dan daftar lampiran.
6
Bagian isi skripsi, terdiri dari lima bab yang tersusun dengan sistematika bab 1
yang meliputi pendahuluan, berisi latar belakang, permasalahan, pembatasan
masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan skripsi;
bab 2 yang berisi landasan teori yaitu teori-teori pendukung penelitian; bab 3
memuat metode penelitian, berisi tempat pelaksanaan penelitian, alat dan bahan
yang digunakan, serta langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian; bab 4 yang
meliputi hasil penelitian dan pembahasan, dalam bab ini dibahas tentang hasil-hasil
penelitian yang telah dilakukan dan terakhir bab 5 yaitu penutup yang berisi tentang
kesimpulan hasil penelitian yang telah dilakukan serta saran-saran yang berkaitan
dengan hasil penelitian.
Bagian akhir skripsi memuat tentang daftar pustaka yang digunakan sebagai
acuan dari penulisan skripsi.
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Carbon Nanodots (C-Dots)
Carbon Nanodots (C-Dots) adalah keluarga baru dari carbon nanomaterial
yang ditemukan pertama kali dari proses pemurnian carbon nanotubes (CNT).
C-Dots dipertimbangkan sebagai kelas nanomaterial karbon 0 dimensi yang
biasanya mengandung struktur karbon sp2/sp3 dan gugus fungsi seperti amino,
karbonil, hidroksil, dan asam karboksilik pada permukaannya. C-Dots
mempunyai ukuran di bawah 10 nm yang memiliki karakterteristik khas yaitu
munculnya sifat fotoluminesensi. Material yang memiliki sifat fotoluminesensi
mendapat perhatian lebih karena aplikasinya yang bermacam-macam dan
menjanjikan mulai dari bidang optoelektronik hingga medis seperti
bioimaging, drug delivery, dan deteksi ion logam berat. C-Dots sebagai deteksi
logam berat telah dilakukan oleh Lu, et al., (2012) sebagai deteksi ion logam
berat Hg2+; Li, et al., (2017) mendeteksi ion logam berat Cd2+ dan Pb2+; dan
Gogoi, et al., (2015) dalam mendeteksi ion logam berat Cr6+, Cu2+, Fe3+, Pb2+,
dan Mn2+.
Kajian mengenai C-Dots juga terus dikembangkan dengan menjadikan
ikatan rantai karbon sebagai sumber utama dalam proses pembuatannya.
Sebelumnya, C-Dots yang berasal dari alam telah banyak diteliti karena
sumbernya melimpah contohnya asam citric, minyak jelantah, susu, dan kulit
buah jeruk (Bhaisare, et al., 2015; Prasannan & Imae (2013); Aji, et al., (2015),
dan Wang, et al., (2016). Contoh C-Dots yang dihasilkan dari sumber karbon
kulit buah jeruk ditunjukkan pada Gambar 2.1.
8
Gambar 2.1 Contoh fluoresensi C-Dots yang dihasilkan dari kulit buah
jeruk (Prasannan & Imae, 2013)
2.2. Logam Berat
Logam berat adalah unsur-unsur kimia dengan densitas lebih besar dari 5
gram/cm3 terletak di bagian sudut bawah pada sistem periodik unsur dengan
afinitas yang tinggi terhadap S dan biasanya bernomor atom 22 sampai 92 dari
periode IV sampai VII dalam sistem periodik unsur kimia. Istilah logam berat
secara khas mencirikan suatu unsur sebagai konduktor yang baik, mudah
ditempa, dan bersifat toksik dalam biologi (Darmono, 1995). Berdasarkan
toksisitasnya, logam berat dapat dibagi menjadi dalam dua jenis yaitu:
1. Logam berat esensial yaitu logam berat yang keberadaanya dalam jumlah
tertentu sangat dibutuhkan oleh organisme hidup, namun dalam jumlah yang
berlebihan dapat menimbulkan efek yang beracun. Contoh logam berat
esensial yaitu Zn, Cu, Fe, Co, Mn, dan lain sebagainya.
2. Logam berat tidak esensial atau beracun yaitu logam berat yang
keberadaanya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya atau dapat
bersifat racun. Contoh logam berat ini adalah Hg, Cd, Pb, Cr, dan lain
sebagainya (Nordberg, et al., 2007).
Pencemaran logam berat di perairan disebabkan oleh beberapa aktifitas
manusia seperti limbah rumah tangga, limbah sisa industri yang tidak terkontrol
yang mengalir ke sungai, pembakaran batu bara, proses produksi dari suatu
pabrik, baik pabrik cat, aki atau baterai, sampai pada produksi alat-alat listrik
9
(Darmono, 1995). Oleh karena itu, dampak negatif yang ditimbulkan dari
keberadaan ion logam berat terhadap lingkungan perairan berbahaya terhadap
kehidupan organisme maupun terhadap kehidupan manusia. Daya racun yang
dimiliki logam berat akan bekerja sebagai penghalang kerja enzim sehingga,
metabolisme tubuh akan terputus. Selain itu, adanya logam berat juga akan
bertindak sebagai penyebab alergi, mutagen, dan kasinorgen bagi manusia
ataupun hewan (Said, 2010).
Beberapa metode pengolahan limbah cair yang mengandung cemaran
logam antara lain: perlakuan dengan pengendapan, koagulasi atau flokulasi,
foltrasi, dan proses membran, pertukaran ion, proses biologis, dan reaksi-reaksi
kimia. Metode tersebut dalam penerapannya mempunyai keunggulan dan
keterbatasan masing-masing apabila ditinjau dari aspek teknis, ekonomis, dan
dampaknya.
Menurut Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup (Kepmen LH)
Nomor 51 tahun 1995 tentang baku mutu limbah cair bagi kegiatan industri
ditetapkan menjadi 2 (dua) kelas seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1 berikut:
Tabel 2.1 Data baku mutu limbah cair
No
Parameter
Satuan
Golongan baku mutu
limbah cair
I II
1 Kobalt (Co) mg/L 0,4 0,6
2 Kadmium (Cd) mg/L 0,05 0,1
3 Tembaga (Cu) mg/L 2 3
4 Besi Terlarut (Fe) mg/L 5 10
5 Timbal (Pb) mg/L 0,1 1
6 Raksa (Hg) mg/L 0,002 0,005
10
7 Nikel (Ni) mg/L 0,2 0,5
8 Seng (Zn) mg/L 5 10
(Sumber: Kepmen LH Nomor 51 tahun 1995 tentang baku mutu limbah cair bagi
kegiatan industri)
2.3. Serat Optik
Serat optik adalah pandu gelombang dielektrik atau media transmisi
gelombang cahaya yang terbuat dari bahan silika atau plastik berbentuk silinder
yang dikembangkan pada akhir tahun 1960-an sebagai jawaban atas
perkembangan sistem komunikasi yang semakin lama membutuhkan bandwidth
yang besar dengan laju transmisi yang tinggi. Serat optik terbuat dari bahan
dielektrik berbentuk seperti kaca. Di dalam serat inilah energi cahaya yang
dibangkitkan oleh sumber cahaya disalurkan sehingga, dapat diterima di ujung
unit penerima (receiver).
Serat optik menggunakan cahaya untuk mengirimkan informasi (data)
dan merupakan teknologi baru yang menawarkan kecepatan pengiriman data dan
kapasitas yang lebih besar sepanjang jarak yang lebih jauh dengan harga yang
lebih rendah daripada sistem kawat tembaga. Cahaya yang membawa informasi
dipandu melalui serat optik berdasarkan fenomena total internal reflection
(Pantulan Internal Total) (Maddu, et al., 2006).
2.3.1. Perambatan Cahaya dalam Serat Optik
Dalam proses perambatan cahaya, serat optik memanfaatkan fenomena
pemantulan dan pembiasan cahaya. Prinsip- prinsip dalam proses perambatan
cahaya dalam serat optik adalah sebagai berikut:
a. Pemantulan Internal Total
Pantulan internal total terjadi pada bidang batas antara dua media dengan
indeks bias yang berbeda yaitu n1 dan n2. Hubungan antara sudut datang i1
dan sudut bias i2 terhadap indeks bias dielektrik dinyatakan oleh hukum Snell
(Rambe, 2003).
11
sin π1
sin π2=
π2
π1
Pada salah satu sudut datang tertentu, cahaya akan dibiaskan sepanjang
permukaan kedua medium, sudut inilah yang dinamakan dengan sudut kritis.
Nilai sudut kritis diberikan oleh:
ππ = πππ sin (π2
π1)
Ketika sudut datang lebih besar dari sudut kritis, sinar yang dibiaskan akan
dipantulkan sepenuhnya kembali ke medium pertama (pantulan internal total)
(Freudenrich, 2008).
b. Numerical Aperture
Parameter yang menunjukkan kemampuan serat optik untuk
mengumpulkan atau memerangkap cahaya disebut dengan Numerical
Aperture. Gambar 2.2 menunjukkan adanya sudut ΞΈmax yang merupakan batas
agar sinar dapat melewati serat optik. Sudut tersebut dinamakan Numerical
Aperture.
Gambar 2.3 Numerical aperture (Sumber: Rumokoy, 2015)
Gambar 2.2 Numerical aperture (Govind, 2002)
Berdasarkan Gambar 2.2 apabila sinar datang dengan sudut yang lebih
besar dari ΞΈmax maka sinar tidak dapat melewati serat optik. Sinar tersebut
dapat masuk ke serat optik namun tidak melewati serat optik karena sinar
(2.1)
(2.2)
12
telah diserap oleh selubung. Sementara itu semua sinar dengan sudut datang
kurang dari ΞΈmax dapat masuk dan melewati serat optik, sinar ini akan
mengalami pematulan internal total yang menyebabkan sinar tetap berada
dalam serat optik.
Berdasarkan Gambar 2.2, numerical aperture berhubungan langsung
dengan sudut penerimaan dan dijelaskan dengan rumus:
ππ΄ = (π12 β π2
2)1/2
dengan π adalah indeks bias udara= 1, π1 adalah indeks bias inti dan π2 adalah
indeks bias selubung. Nilai numerical aperture adalah suatu ukuran
kemampuan serat optik untuk menangkap sinar yang berasal dari sumber
optik. Semakin besar nilai NA menunjukkan semakin tinggi efisiensi dari
suatu sumber optik dalam mengkopling sinar-sinar ke dalam serat optik
(Rumokoy, 2015).
Penjalaran gelombang elektromagnetik pada waveguide planar
membentuk mode waveguide yang membentuk pola medan secara transversal
berupa profil amplitudo dan polarisasi, namun keduanya bernilai konstan
sepanjang arah longitudinal. Penjalaran medan listrik dan medan magnetik
suatu mode di dalam waveguide sesuai persamaan berikut:
E
π£( r
, π‘) = E
π£(π₯, π¦)πi(π½π£π§βππ‘)
H
π£ ( r
, π‘) = H
π£(π₯, π¦)πi(π½π£π§βππ‘)
dengan E
π£(π₯, π¦) dan H
π£
(π₯, π¦) adalah profil mode medan, π£ adalah indeks
mode penjalaran, π adalah frekuensi, r
adalah vektor jarak terhadap waktu
t, dan π½π£ adalah konstanta mode penjalaran.
(2.3)
(2.4)
(2.5)
13
Model propagasi cahaya dalam serat optik diperoleh menggunakan teori
gelombang elektromagnetik. Dasar untuk mempelajari model propagasi
gelombang elektromagnetik yaitu persamaan Maxwell. Persamaan Maxwell
dirumuskan dalam besaran medan listrik E
dan magnet H
yang berkaitan
dengan kerapatan fluks listrik π dan kerapatan fluks magnetik π. Persamaan
Maxwell diturunkan dari hukum Faraday dalam bentuk medan vektor sesuai
persamaan berikut:
Γ E
= βπ0
π H
ππ‘
Γ H
= π0
π E
ππ‘
dengan menggunakan operasi curl pada persamaan (2.6) dan (2.7) dapat
menghasilkan persamaan gelombang medan listrik dan gelombang medan
magnet sesuai persamaan berikut:
E
2 = πππ2 E
ππ‘2
H
2 = πππ2 H
ππ‘2
Persamaan (2.4) dan (2.5) terhadap persamaan (2.8) dan (2.9) memiliki
hubungan, sehingga dapat dituliskan sebagai berikut:
ππΈπ
ππ¦β iπ½πΈπ¦ = iππ0π»π₯
iπ½πΈπ₯ βππΈπ
ππ₯= iππ0π»π¦
ππΈπ¦
ππ₯β
ππΈπ₯
ππ¦= iππ0π»π§
(2.6)
(2.7)
(2.8)
(2.9)
(2.11)
(2.10)
(2.12)
14
ππ»π
ππ¦β iπ½π»π¦ = βiπππΈπ₯
iπ½π»π₯ βππ»π
ππ₯= iπππΈπ¦
ππ»π¦
ππ₯β
ππ»π₯
ππ¦= iπππΈπ§
berdasarkan persamaan (2.10), (2.11), (2.12), (2.13), (2.14), dan (2.15)
didapatkan komponen transversal medan listrik dan medan magnetik dalam
bentuk komponen longitudinal, dirumuskan sesuai persamaan berikut:
(π2 β π½2)πΈπ₯ = iπ½ππΈπ§
ππ₯+ iππ0
ππ»π§
ππ¦ (2.16)
(π2 β π½2)πΈπ¦ = iπ½ππΈπ§
ππ¦β iππ0
ππ»π§
ππ₯
(2.17)
(π2 β π½2)π»π₯ = iπ½ππ»π§
ππ¦β iππ
ππΈπ§
ππ¦
(2.18)
(π2 β π½2)π»π¦ = iπ½ππ»π§
ππ¦β iππ
ππΈπ§
ππ₯
(2.19)
dengan π2 = π2π0π(π₯, π¦) adalah fungsi π₯ dan π¦ untuk menghitung struktur
spasial waveguide secara transversal yang tidak homogen dan Ξ² adalah guided
modes.
Persamaan (2.16), (2.17), (2.18), dan (2.19) berlaku untuk waveguide
homogen secara longitudinal pada profil indeks di setiap geometri
transversalnya dan setiap indeks profil transversalnya di mana π(π₯,π¦) bukan
(2.14)
(2.13)
(2.15)
15
fungsi dari π§, sehingga persamaan di atas berlaku untuk step index dan graded
index waveguide (Liu, 2005).
2.3.2. Evanescent Wave
Evanescent wave merupakan radiasi elektromagnetik yang memasuki
selubung pada jarak yang kecil dan membentuk medan elektromagnetik.
Evanescent wave disebabkan oleh perbedaan nilai indeks bias antara inti
dengan selubung. Fenomena evanescent wave menyebabkan daya yang
ditransmisikan melalui serat optik akan mengalami atenuasi. Fenomena
evanescent wave ditunjukkan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Peristiwa evanescent wave dalam serat optik (Maddu, 2007)
Menurut Gambar 2.3 cahaya yang merambat akan memasuki daerah
selubung dan energi gelombang akan hilang secara eksponensial secara
matematis dapat dirumuskan pada Persamaan (2.17).
p
Sd
zEE exp0
dimana z adalah jarak penjalaran sinar, E0 adalah medan gelombang mula-
mula, dan dp adalah penetration depth. Penetration depth menyatakan
(2.17)
Selubung Inti Serat
Optik
Evanescent
Wave
Sinar
Keluar
Sinar
masuk
16
kedalaman gelombang memasuki selubung dan berkurang secara
eksponensial yang dirumuskan pada Persamaan (2.18).
22sin2 nn
d p
dimana adalah panjang gelombang radiasi, adalah sudut datang pada
bidang batas, dan
inti
selubung
n
nn . Kedalaman penetrasi gelombang
evanescent bergantung pada nilai indeks bias selubung relatif terhadap indeks
bias inti serat optik, hal ini sesuai pada persamaan di atas.
Daya yang ditransmisikan melalui serat optik dengan absorbsi evanescent
wave dinyatakan dalam Persamaan (2.19).
lPzP exp0
dimana 0P adalah daya yang ditransmisikan ke dalam serat optik dari suatu
sumber, Ξ³ adalah koefisien absorbsi evanescent wave, dan l adalah panjang
serat optik (M, 2000). Besarnya nilai Ξ³=rΞ± maka persamaan dapat dituliskan:
lPzP rexp0
dimana Ξ± adalah koefisien absorbsi bulk dan r adalah fraksi daya yang
ditransmisikan melewati selubung, dimana totalP
Pr
selubung (Paramarta &
Wendri, 2017).
2.3.3. Klasifikasi Serat Optik
Secara umum, serat optik dapat dibedakan menjadi 2, yaitu berdasarkan
struktur indeks bias bahan bagian core dan berdasarkan jumlah moda.
(2.18)
(2.19)
(2.20)
17
a. Berdasarkan struktur indeks bias bahan bagian core, dibedakan menjadi
dua jenis yaitu:
1. Serat optik step- index
Berdasarkan gambar 2.4 berikut, sinar membuat sudut ΞΈi dengan
sumbu fiber di pusat inti. Karena pembiasan pada antarmuka fiber-udara,
sinar berbelok menuju normal. Maka sudut ΞΈr dari sinar refraksi adalah
π0 sin ππ = π1 sin ππ
Namun pembiasan hanya dimungkinkan pada sudut datang Ο seperti sin
ΙΈ < π2/ π1. Untuk sudat yang lebih besar dibanding sudut kritis ΙΈπ
adalah
sin ΙΈπ = π2/ π1
Gambar 2.4 Jalur sinar pada fiber step-index (Govind, 2002)
dimana π1 dan π0 adalah indeks bias dari inti fiber dan udara, dan π2
adalah indeks selubung, sinar mengalami refleksi internal total pada
antarmuka inti-selubung. Karena pantulan semacam itu terjadi
sepanjang panjang fiber, semua sinar dengan ΙΈ >ΙΈπ tetap terbatas pada
inti fiber. Ini adalah mekanisme dasar di balik kurungan cahaya pada
fiber optik (Govind, 2002).
2. Serat optik graded- index
Indeks bias inti dalam fiber graded-index tidak konstan namun
menurun secara bertahap dari nilai maksimum π1 di pusat inti ke nilai
minimum π2 pada antarmuka inti-selubung.
(2.14)
(2.15)
18
Gambar 2.5 Jalur sinar pada fiber graded-index (Govind, 2002)
Pada Gambar 2.5 menunjukkan mengenai jalur skematik untuk tiga
sinar yang berbeda. Kecepatan sinar di sepanjang jalur berubah karena
variasi indeks bias. Sinar yang berjalan disepanjang sumbu fiber
menempuh jalur terpendek tetapi berjalan paling lambat karena memiliki
medium indeks terbesar di sepanjang jalur ini. Sinar miring memiliki
sebagian besar jalur dalam medium indeks bias rendah, di mana
perjalanan sinar lebih cepat, sehingga memungkinkan semua sinar tiba
bersamaan pada keluaran fiber.
b. Berdasarkan Mode
Berdasarkan mode, serat optik dibedakan menjadi 2 yaitu:
1. Mode tunggal (Singlemode)
Serat optik ini mentrasnmisikan sinyal dalam satu mode, dan
mentransmisikan sinyal pada mode utama sehingga, dapat mencegah
terjadinya dispersi kromatik. Pada mode tunggal ini, pita frekuensi dan
kapasitas transmisi yang besar.
2. Mode jamak (Multimode)
Mode jamak adalah serat optik yang mentransmisikan sinyal dalam
berbagai mode. Biasnya mempunyai performasi transmisi yang buruk
serta bandwith yang sempit dengan kapasitas transmisi yang kecil
(Govind, 2002).
2.3.4. Plastic Optical Fiber (POF)
Plastic optical fiber (POF) adalah serat optik dengan bagian intinya
terbuat dari plastik berbahan polimer salah satunya adalah polymethyl
19
methacrylate (PMMA) dengan indeks bias inti 1,492 dan indeks bias
selubung 1,406. Diameter POF sebesar 1 mm yang terdiri dari core 980 ΞΌm
dan cladding 20 ΞΌm seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6 (Luo, et al., 2017).
Gambar 2.6 Diameter POF (Electronicbricks, 2010)
POF terdiiri dari dari teras (core), selubung (cladding), dan jaket
pelindung. Core dan cladding mempunyai indeks bias berbeda agar bisa
terjadi pemantulan internal total. Pemantulan internal total inilah yang
menyebabkan cahaya tetap merambat di dalam POF. Sementara jaket
digunakan untuk melindungi POF dari kondisi lingkungan yang merusak.
Bagian POF yang lain yaitu jaket pelindung yang berfungsi sebagai pelindung
lapisan core dan cladding yang kegunaannya untuk menghindari terjadinya
kerusakan akibat pengaruh luar baik pada saat penggunaan atau akibat
pengaruh lain; bagian ini tidak terlibat dalam proses memandu cahaya.
Gambar 2.7 Struktur POF (Hasanah, 2009)
20
POF merupakan salah satu jenis serat optik yang mudah diubahβubah
dan lebih mudah diberi perlakuan. Perlakuan yang dilakukan yaitu
pemanasan, memberi bahan sambungan, tekanan, lekukan ataupun dengan
memberi perlakuan dengan penggantian selongsong dan jaket pelindung.
Perubahan intensitas cahaya pada POF disebabkan oleh bebrapa hal yaitu
adsorbsi, hamburan Rayleigh, pemantulan fresnel serta perlemahan akibat
dari pembengkokan (Crisp dan Elliot, 2008).
POF banyak digunakan sebagai sensor dalam beberapa bidang antara
lain pada bidang kesehatan, bidang teknologi sensor, bidang rekayasa
material, dan pemantauan kimia. Dalam bidang kesehatan POF digunakan
sebagai endoskopi dan probe-probe medis lainnya. Penggunaan dalam bidang
teknologi sensor merupakan alternatif yang sangat menjanjikan dengan
berbagai kelebihannya dalam hal sensitivitas, selektivitas, reversibilitas,
akurasi, noise rendah karena sinyal optik tidak berinteraksi dengan
gelombang elektromagnetik, bersifat tidak rapuh, dan yang paling utama
adalah dapat dirancang untuk pengukuran dan penginderaan pada jarak jauh
(remote sensing). Bidang rekayasa material, sensor POF digunakan sebagai
pemantau respon dinamik bahan komposit seperti beton. Dalam bidang
pemantauan kimia dan lingkungan biassanya digunakan sebagai sensor uap
(gas metanol, gas hidrokarbon, oksigen), dan sensor pH (Maddu, et al., 2006).
Beberapa keunggulan dari sensor POF berdampak positif dalam bidang
penelitian, sehingga penelitian mengenai sensor POF semakin sering
dilakukan.
2.4. Jenis Ikatan
2.4.1 Ikatan Ion
Ikatan ion terbentuk akibat adanya melepas atau menerima elektron oleh
atom-atom yang berikatan. Atom-atom yang melepas elektron akan menjadi ion
positif (kation) sedangkan atom-atom yang menerima elektron akan menjadi ion
negatif (anion). Antara kation dan anion yang berlawanan muatan akan saling
tarik-menarik dan terbentuklah ikatan ion. Ikatan ion juga biasa disebut dengan
ikatan elektrovalen. Senyawa yang memiliki ikatan ion biasnya disebut senyawa
21
ionik. Senyawa ionik terbentuk antara atom-atom unsur logam dan non logam.
Atom dengan unsur logam cenderung melepas elektron yang akan membentuk
ion positif, sedangkan atom unsur non logam cenderung menangkap elektron
yang akan membentuk ion negatif.
Ikatan ion memiliki beberapa sifat antara lain:
1. Mempunyai konduktivitas listrik sangat rendah seperti padatan, tetapi
menghantarkan listrik sangat baik pada keadaan leburnya.
2. Mempunyai titik didih dan titik leleh tinggi. Ion positif dan ion negatif
dalam kristal senyawa ion tidak bebas bergerak karena telah terikat oleh
gaya elektrostatik yang kuat. Memerlukan suhu yang tinggi agar ion-ion
memperoleh energi kinetik yang cukup untuk mengatasi gaya elektrostatik.
3. Keras tapi rapuh. Kekerasan senyawa ion mengikuti konsekuensi argumen
di atas sekalipun perlakuannya melalui pemisahan secara mekanik daripada
pemisahan secara termal terhadap gaya tarik-menarik antar ion.
Kecenderungan kerapuhan merupakan akibat dari sifat alami ikatan ionik
yang cukup gaya untuk menggser sedikit ion-ion, maka gaya tarik-menarik
mula-mula akan berubah menjadi gaya tolak-menolak karena antar anion
dan antar kation menjadi lebih signifikan, sehingga kristal menjadi mudah
terpecah-pecah dan hal inilah yang banyak ditemui pada banyak mineral.
4. Larut dalam pelarut polar dengan permitivitas (tetapan dielektrikum) tinggi
(Sugiyarto, 2003).
2.4.2 Ikatan Kovalen
Ikatan kovalen terjadi akibat dari pemakaian bersama pasangan elektron
oleh atom-atom yang berikatan. Pasangan elektron yang dipakai bersama disebut
sebagai pasangan elektron ikatan (PEI) dan pasangan elektron valensi yang tidak
terlibat dalam pembentukan ikatan kovalen disebut pasangan elektron bebas
(PEB). Ikatan kovalen biasanya terjadi antara atom-atom yang berunsur
nonlogam bisa sejenis (H2, N2, O2, Cl2, F2, Br2, dan I2) dan berbeda jenis (H2O,
CO2, dan lain-lain). Apabila dalam ikatan yang terjadi jumlah elektron yang
digunakan untuk berpasangan adalah dua eletron atau sepasang elektron, maka
ikatannya isebut sebagai ikatan kovalen tuggal. Apabila yang digunakan untuk
22
berpasangan adalah empat elektron atau dua pasang elektron, disebut dengan
ikatan kovalen rangkap dua. Namun apabila elektron yang digunakan bersama
ada enam elektro atau tiga pasang disebut ikatan kovale rangkap tiga. Senyawa
yang mengandung ikatan kovalen disebut senyawa kovalen.
2.4.3 Ikatan Logam
Ikatan Logam adalah suatu ikatan kimia yang terbentuk akibat dari
penggunaan bersama elektron-elektron valensi antaratom-atom logam. Ikatan
logam bukanlah ikatan ion atau ikatan kovalen. Salah satu teori yang
dikemukakan dalam menjelaskan ikatan logam adalah teori larutan elektron.
Menurut teori ini, kristal logam tersusun atas kation-kation logam yang
terpateri di tempat (tidak bergerak) yang dikelilingi oleh lautan elektron valensi
yang bergerak bebas dalam kisi kristal (Sugiyarto, 2004).
Unsur logam mempunyai beberapa sifat diantaranya pada suhu kamar
berwujud padat, keras tapi lentur (dapat ditempa), mempunyai titik didih dan
titik leleh yag tinggi, penghantar listrik dan panas yang baik, dan mengkilap.
Kekuatan ikatan logam dipengaruhi oleh jari-jari atom dan elektron
valensi. Apabila jari-jari atom semakin besar maka ikatan logam akan semakin
rendah. Apabila elektron valensi semakin besar maka ikatan logam semakin
kuat.
41
BAB V
PENUTUP
5.1 Simpulan
Berdasarkan pembahasan yang telah diuraikan maka kesimpulan yang dapat
diambil dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. POF dengan modifikasi selubung C-Dots dari styrofoam memiliki respon
terhadap ion logam berat dengan adanya perubahan spektrum transmitansi
sedangkan POF dengan modifikasi selubung styrofoam tidak memiliki respon
terhadap ion logam berat dengan tidak adanya perubahan spektrum
transmitansi.
2. Jenis ion logam berat yang memiliki sensitivitas tertinggi yaitu ion logam berat
Cd2+.
3. POF dengan modifikasi selubung C-Dots dari styrofoam dapat digunakan
secara berulang.
5.2. Saran
Berdasarkan hasil karakterisasi serta uraian pembahasan dalam bab
sebelumnya maka penelitian mengenai analisis transmitansi POF dengan selubung
styrofam dan C- Dots dari styrofoam untuk deteksi ion logam berat Cd2+, Fe2+, Pb2+,
Co2+, Ni3+, dan Hg+ perlu beberapa saran yang dapat diberikan untuk
mengembangkan penelitian ini yaitu perlu adanya perlakuan khusus agar POF
dengan modifikasi selubung C-Dots dari styrofoam memiliki ukuran yang relatif
sama.
42
DAFTAR PUSTAKA
Abou-zeid, R. E., Dakrory, S., Ali, K. A., & Kamel, S. (2018). International
Journal of Biological Macromolecules.
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.07.127
Agrawal, G. P. (2002). Fiber-Optic Communications Systems (Third, Vol. 6). New
York: A John Wiley & Sons, Inc., P.
Aji, M. P., Wati, A. L., Priyanto, A., Karunawan, J., Wahid, B., Wibowo, E., &
Marwoto, P. (2018). Environmental Nanotechnology, Monitoring &
Management Polymer Carbon Dots From Plastics Waste Upcycling.
Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management, 9, 136β140.
https://doi.org/10.1016/j.enmm.2018.01.003
Albadiah, Ida Vaeruza. 2017. Sensor Serat Optik Plastik Berbasis Adsorpsi
Evanescent Wave Dengan Pelapisan Kitosan Untuk Deteksi Ion Logam Berat
Kadmium (Cd) dalam Air. Skripsi, Universitas Negeri Semarang.
Purwanto, Ernawati, F., & Sajima. (2011). Karakterisasi Elektroda Selektif Ion
Kadmium Untuk Pengujian Cd dalam Zirkonium, 249β257.
Bhaisare, M. L., Talib, A., Khan, M. S., & Pandey, S. (2015). Synthesis of
fluorescent carbon dots via microwave carbonization of citric acid in presence
of tetraoctylammonium ion , and their application to cellular bioimaging,
2173β2181. https://doi.org/10.1007/s00604-015-1541-5
Crisp, John & Elliott, Barry. (2008). Serat Optik: Sebuah Pengantar. Jakarta:
Erlangga.
Darmono. 1995. Logam dalam Sistem Biologi Mahluk Hidup. (Online).
http://library.poltekkespalembang.ac.id/keplinggau/index.php?p=show_detail
&id=1487 (Diakses tanggal 24 juli 2019)
Ding, Z., Hu, X., Morales, V. L., & Gao, B. (2014). Filtration and transport of heavy
metals in graphene oxide enabled sand columns. Chemical Engineering, 257,
1β13.
Doyan, A. (2017). Jurnal Pendidikan Fisika dan Teknologi ( ISSN . 2407-6902 )
Volume III No 1 , Juni 2017 Sifat Optik Lapisan Tipis ZnO, III(1).
Electronicbricks. 2010. Internetworking using Ethernet over Plastic Optical Fiber
(Online). http://electronicbricks.com/2010/03/etsi-ts-105-175-1-plastic-
optical-fiber.html. (Diakses pada 25 Juli 2019)
43
Freudenrich, C. 2008. How Fiber Optics Work. How Stuff Works, Inc.
http://electronics.howstuffworks.com/fiber-optic6.htm (Diakses 27 Juli
2019)
Fitriya, Nila. 2018. Sintesis Carbon Nanodots (C-Dots) Berbahan Dasar Styrofoam.
Skripsi, Semarang: UNNES.
Fu, F., & Wang, Q. (2011). Removal of heavy metal ions from wastewaters: A
review. Journal of Environmental Management, 92(3), 407β418.
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.11.011
Gaol, E. L., & Harahap, M. H. (2018). Karakteristik Beton Ringan Pasca Bakar
Menggunakan Styrofoam dengan Pelarut Toluena. Jurnal Einstein, 6, 31-38.
Geng, Z., Zhang, H., Xiong, Q., Zhang, Y., Zhao, H., & Wang, G. (2015). A
fluorescent chitosan hydrogel detection platform for the sensitive and selective
determination of trace mercury(II) in water. Journal of Materials Chemistry
A, 3(38), 19455β19460. https://doi.org/10.1039/c5ta05610a
Gogoi, N., Barooah, M., Majumdar, G., & Chowdhury, D. (2015). Carbon Dots
rooted Agarose Hydrogel Hybrid Platform for Optical Detection and
Separation of Heavy Metal Ions Carbon Dots rooted Agarose Hydrogel Hybrid
Platform for Optical Detection and Separation of Heavy Metal Ions.
https://doi.org/10.1021/am506558d
Goncalves, H. M. R., Duarte, A. J., & Silva, J. C. G. E. da. (2010). Biosensors and
Bioelectronics Optical fiber sensor for Hg ( II ) based on carbon dots.
Biosensors and Bioelectronics, 26, 1302β1306.
https://doi.org/10.1016/j.bios.2010.07.018
Goncalves, H. M. R., Duarte, A. J., Davis, F., Higson, S. P. J., & Esteves, J. C. G.
(2012). Analytica Chimica Acta Layer-By-Layer Immobilization of Carbon
Dots Fluorescent Nanomaterials On Single Optical Fiber, 735, 90β95.
https://doi.org/10.1016/j.aca.2012.05.015
Guillemain, H. (2009). A self-referenced reflectance sensor for the detection of lead
and other heavy metal ions using optical fibres, 045207.
https://doi.org/10.1088/0957-0233/20/4/045207
Gu, D., Hong, L., Zhang, L., Liu, H., & Shang, S. (2018). Journal of Photochemistry
& Photobiology , Bβ―: Biology Nitrogen and sulfur co-doped highly
luminescent carbon dots for sensitive detection of Cd ( II ) ions and living cell
imaging applications. Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology,
186(January), 144β151. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2018.07.012
Huang, X., Zhang, J., Lai, M., & Sang, T. (2015). Preparation and microwave
44
absorption mechanisms of the NiZn ferrite nanofibers. Journal of Alloys and
Compounds, 627(3), 367β373. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.11.235
Hasanah. (2009). Revolusi Dunia Telekomunikasi dengan Serat Optik. JETC,(4),
613-626.
Hulda Mamoribo, Robert J. Rompas, O. J. K. (2015). Jurnal Budidaya Perairan,
3(1), 114β118.
Jumardin. 2017. Sintesis Nanopartikel Karbon (C-Dot) Dengan Metode Ablasi
Laser Untuk Aplikasi Bio-Imaging. Tesis, Bandung:ITB.
Karbassi, A. R., & Monavari, S. M. (2007). Metal pollution assessment of sediment
and water in the Shur River. https://doi.org/10.1007/s10661-007-0102-8
Khachatryan, G., & Khachatryan, K. (2019). Starch based nanocomposites as
sensors for heavy metals - Detection of Cu 2 + and Pb 2 + ions. Int. Agrophys,
33(February), 121β126. https://doi.org/10.31545/intagr/104414
Khasanah. 2005. Penentuan Kandungan Alumunium dalam Air Tagki Reaktor
Nuklir Kartini dengan Metode Spektrofotometri Uv-Vis. Skripsi. Surakarta:
FMIPA UNS.
Lee, C., Kim, J., Song, P., Choi, G., Kang, Y., & Choi, M. (2003). Decomposition
Characteristics of Residue from the Pyrolysis of Polystyrene Waste in a
Fluidized-Bed Reactor, 20(1), 133β134.
Li, L., Liu, D., Shi, A., & You, T. (2017). Simultaneous Stripping Determination
of Cadmium and Lead Ions Based on the N-doped Carbon Quantum Dots-
Graphene Oxide Hybrid N-doped carbon quantum dots loaded graphene oxide
hybrid was firstly developed. Sensors & Actuators: B. Chemical.
https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.08.190
Liu, J.-M., 2005. Photonic Devicess. Cambridge: Cambridge University Press.
Liu, Y., Deng, Y., Dong, H., Liu, K., & He, N. (2017). Progress on sensors based
on nanomaterials for rapid detection of heavy metal ions. Science China
Chemistry, 60(3), 329β337. https://doi.org/10.1007/s11426-016-0253-2
Lou, Yanhua. et al. (2017). Fabrication of Polymer Opticl Fibre (POF) Grating.
Jurnal Sensors, 1-20. http://10.3390/s17030511
Lu, W., Qin, X., Liu, S., Chang, G., Zhang, Y., Luo, Y., β¦ Sun, X. (2012).
Economical, Green Synthesis of Fluorescent Carbon Nanoparticles and Their
Use as Probes for Sensitive and Selective Detection of Mercury(II) Ions, (Ii).
45
M, S. J. (2000). Evanescent Wave Fibre Optic Sensors: Design,Fabricationand
Characterization. International School Of Photonics. India: Cochin
Universityof Science and Technology. Doctor Of Philosophy.
Maddu, A., Sardy, S., Arif, A., Zain, H., Bogor, I. P., & Optoelektroteknika, S.
(2006). Pengembangan Sensor Uap Amonia Berbasis Serat Optik dengan
Cladding Termodifikasi Nanoserat Polianilin, 12(3), 137β142.
Maddu, A., Zain, H., Aminuddin, A., and Wahyudi, S. T. (2007). Nanoserat
Polianilin sebagai Cladding Termodifikasi pada Sensor Serat Optik untuk
Deteksi Uap Aseton. Jurnal Sains Materi Indonesia, 9(3): 220-225.
Maiti, S., Barman, G., & Konar, J. (2016). Detection of heavy metals ( Cu + 2 , Hg
+ 2 ) by biosynthesized silver nanoparticles. Applied Nanoscience, 6(4), 529β
538. https://doi.org/10.1007/s13204-015-0452-4
Meincke, O., Hoffmann, B., Dietrich, C., & Friedrich, C. (2003). Viscoelastic
Properties of Polystyrene Nanocomposites Based on Layered Silicates, (5),
823β830.
Mishra, S. K., Rani, S., & Gupta, B. D. (2014). Surface plasmon resonance based
fiber optic hydrogen sulphide gas sensor utilizing nickel oxide doped ITO thin
film. Sensors and Actuators, B: Chemical, 195, 215β222.
https://doi.org/10.1016/j.snb.2014.01.045
Neupane, L. N., & Lee, K. (2016). Selectively and sensitively detection of heavy
metal ions in 100 % aqueous solution and cells with a fluorescence
chemosensor based on peptide using aggregation induced emission.
Analytical Chemistry, 88, 3333β3340.
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b04892
Nordberg, G. F., Fowler, B. A., & Nordberg, M. (2007). Handbook on the
Toxicology of Metals. (G. F. N. B. A. F. M. N. L. T. Friberg, Ed.) (Third).
San Diego, California: Elsevier.
Nurfatimah, Dwi., Arifin., & Arminah, Bidayatul. 2015. Rancang Bangun Sensor
Pergeseran Berbasis Serat Optik Plastik Berdasarkan Kajian Macro dan
Micro Bending. Makalah SNF-MKS.
Pakkath, S. A. R., Shashank Shankar Chetty, P., & Selvarasu, P. (2018). Transition
Metal Ion (Mn2+, Fe2+, Co2+ and Ni2+)-Doped Carbon-dots Synthesized
via Microwave-Assisted Pyrolysis: A Potential Nanoprobe for Magneto-
fluorescent Dual-Modality Bioimag... ACS Biomaterial Science and
Engineering, (May 2018). https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.7b00943
46
Paramarta, Ida Bagus., & Wendri, Nyoman. (2017). Rugi-rugi Serat Optik
Berdasarkan Efek Gelombang Evanescent. Karya Tulis Ilmiah, Bali:
Universitas Udayana.
Prasannan, A., & Imae, T. (2013). One-Pot Synthesis of Fluorescent Carbon Dots
from Orange Waste Peels. https://doi.org/10.1021/ie402421s
Pemerintah Indonesia. 1995. Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup
Nomor:KEP-51/MENLH/10/1995 tentang Baku Mutu Limbah Cair bagi
Kegiatan Industri. Jakarta: Sekertariat Negara.
Praktik, S. M., VAndana, B. P. 2012. Spectrophotometric Method For
Determination of Fe(II) And Zn(II) In Multivitamin Soft Gel Capsule.
International Journal of Pharmacy Research And Analysis. Vol 2: 2248-
7781.
Rahmawati. 2005. Uji Unjuk Kerja Analisis Silika Reaktif Dalam ATR Kartini
Menggunakan Metode Modifikasi Metode Standar 450-Sio2 D Heteropoly
Blue Method. Skripsi. Surakarta: FMIPA UNS.
Rambe, A. M. (2003). Penggunaan Serat Optik Plastik Sebagai Media Transmisi
Untuk Alat Ukur Temperatur Jarak Jauh, 1β14.
Rashid, A. R. A., Nasution, A. A., Suranin, A. H., Taib, N. A., Mukhta, W. M.,
Dasuki, K. A., & Ehsan, A. A. (2017). Chemical tapering of polymer optical
fibre. Sensors and Actuators, A: Physical, 76(1β3), 365β371.
https://doi.org/10.1016/S0924-4247(99)00008-4
Roriz, P., Carvalho, L., FrazΓ£o, O., Santos, J. L., & SimΓ΅es, J. A. (2014). From
conventional sensors to fibre optic sensors for strain and force measurements
in biomechanics applications: A review. Journal of Biomechanics, 47(6),
1251β1261. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2014.01.054
Rumokoy, Stieven Netanel. 2015. Sensor Fiber Optik Interferometer Fabry β Perot
Untuk Pengukuran Kelembaban Dan Suhu Secara Bersamaan. Makalah.
Dikutip dari: https://id.scribd.com/doc/264332571/Makalah-Optik (Diakses
tanggal 27Juli 2018)
Sahu, S., Behera, B., Maiti, K., & Mohapatra, S. (2012). ChemComm Simple one-
step synthesis of highly luminescent carbon dots from orange juiceβ―:
application as excellent bio-imaging agents w, 8835β8837.
https://doi.org/10.1039/c2cc33796g
Said, N. I. (2010). Metoda Penghilangan Logam Berat ( As , Cd , Cr , Ag , Cu , Pb,
Ni dan Zn ) di dalam Air Limbah Industri, 6(2), 136β148.
47
Simamora, N., & Harahap, M. H. (2015). Pengaruh Penambahan Styrofoam dengan
Pelarut Toluena Terhadap Kuat Tekan dan Modulus Elastisitas Beton Ringan.
Einstein, 3(1).
Sugiyarto, Kristian H. 2004. Kimia Anorganik I. Yogyakarta: Universitas Negeri
Yogyakarta.
Sugiyarto, Kristian H. 2003. Kimia Anorganik II. Yogyakarta: Universitas Negeri
Yogyakarta.
Tanjung, W. 2013. Pengembangan Sensor Larutan Gula Berbasis Absorbsi
Gelombang Evanescent pada Serat Optik. Skripsi, Bogor: Institut Pertanian
Bogor.
Vasanthkumar, M. S., Bhatia, R., Prakash, V., Sameera, I., Prasad, V., & Jayanna,
H. S. (2014). Characterization , charge transport and magnetic properties of
multi-walled carbon nanotube β polyvinyl chloride nanocomposites. Physica
E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, 56, 10β16.
https://doi.org/10.1016/j.physe.2013.08.010
Verma, R., & Gupta, B. D. (2014). Detection of heavy metal ions in contaminated
water by surface plasmon resonance based optical fiber sensor using
conducting polymer and chitosan. Food Chemistry.
https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.06.045
Wang, D., Zhu, L., McCleese, C., Burda, C., Chen, J. F., & Dai, L. (2016).
Fluorescent carbon dots from milk by microwave cooking. RSC Advances,
6(47), 41516β41521.
Xie, H., Lee, H., Youn, W., & Cho, M. (2003). Nanofluids Containing Multiwall
Carbon Nanotubes and Their Enhanced Nanofluids containing multiwalled
carbon nanotubes and their enhanced thermal conductivities. Journal of
Applied Physics, 94(October 2014), 4967β4971.
https://doi.org/10.1063/1.1613374
Xu, X., R. Ray, Y. Gu, H.J. Ploehn, L. Gearheart, K. Raker, W. A. Scrivens. 2004.
Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled
carbon nanotube fragments. Journal of the American Chemical Society,
126(40): 12736β12737
Yang, C., & Oyadiji, S. O. (2015). Theoretical and experimental study of self-
reference intensity-modulated plastic fibre optic linear array displacement
sensor. Sensors and Actuators, A: Physical, 222, 67β79.
Yudoyono, G. (2010). Aplikasi Multimode Fiber Coupler sebagai Sensor
Temperatur. Jurnal Fisika Dan Aplikasinya, 6 Nomr 1, 1β4.
48
Yulinta, Heri. 2016. Lembar Kerja Siswa Berbasis Konstruktivisme. Yogyakarta:
Universitas Negeri Yogyakarta.
Zhang, C. C., Zhu, H. H., & Shi, B. (2016). Role of the interface between distributed
fibre optic strain sensor and soil in ground deformation measurement.
Scientific Reports, 6(July), 1β9. https://doi.org/10.1038/srep36469
Zhao, Y., Zhou, X., Li, X., & Zhang, Y. (2016). Review on the graphene based
optical fiber chemical and biological sensors. Sensors & Actuators: B.
Chemical. https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.03.026
Zhou, A., Qin, B., Zhu, Z., Zhang, Y., Liu, Z., Yang, J., & Yuan, L. (2014). Hybrid
structured fiber-optic FabryβPerot interferometer for simultaneous
measurement of strain and temperature. Optics Letters, 39(18), 5267.
https://doi.org/10.1364/OL.39.005267
Zhu C., J. Zhai, & S. Dong. 2012, Bifunctional flouroscent carbon nanodots: green
synthesis via soy milk and application as metal-free electrocatalysts for oxygen
reduction, Chem. Commun., 48: 9367-9369.
https://doi.org/10.1039/c2cc33844k
Ziemann, Olaf et al. 2008. POF Handbook - Optical Short Range Transmission
Systems. Germany: Springer.