Amonia (NH3) adalah senyawa kimia yang merupakan salah satu indikator pencemaran lingkungan. Pada konsentrasi tinggi, amonia bersifat toksik, menyebabkan penurunan pasokan oksigen dalam jumlah besar dan perubahan yang tidak diinginkan dalam ekosistem perairan. Dampak negatif yang ditimbulkan oleh konsentrasi amonia yang tinggi seperti penurunan oksigen terlarut dalam air, merangsang pertumbuhan tanaman air, eutrofikasi, dan memunculkan toksisitas terhadap kehidupan air yang dapat mengakibatkan kematian biota air, selain itu juga dapat membahayakan kesehatan manusia. Amonia merupakan produk akhir metabolisme nitrogen yang bersifat racun. Oleh karena itu keberadaan amonia di dalam perairan tentunya dapat mempengaruhi dan mengganggu biota-biota perairan tersebut.
Perangkat berbasis teknologi optik, terutama perangkat yang menggabungkan serat optik dan bahan nano, diidentifikasi sangat sensitif dalam mendeteksi perubahan sifat fisikokimia. Sensor berbasis serat optik memiliki kelebihan seperti akurasi pengukuran yang tinggi, kontak tidak langsung, praktis, non-listrik, ukuran lebih kecil, biokompatibilitas, multiplexing, kemampuan penginderaan jauh, dan kemungkinan pemantauan waktu nyata, yang sangat penting dalam proses industri.
Salah satu cara mudah untuk membuat sensor serat optik adalah dengan mereduksi area tertentu pada serat. Untuk serat optik mode tunggal, cladding biasanya digunakan untuk mengurangi penetrasi mode listrik ke media sekitarnya dalam mode propagasi. Dengan demikian, tapering memungkinkan core dan diameter menjadi sama secara proporsional yang mengarah pada kopling cahaya dari mode utama serat normal ke mode meruncing yang berinteraksi dengan media sekitarnya. Serat optik yang dimodifikasi dalam bentuk serat optik taper (Tapered Optical Fiber, TOF) mendukung kehilangan daya yang lebih besar untuk meningkatkan gelombang yang keluar dari mode propagasi untuk menyebar dan berinteraksi dengan media sekitarnya sehingga meningkatkan sensitivitas sensor.
Melapisi bahan sensitif pada TOF akan mengubah karakteristik optik lapisan sensitif, seperti spektrum optik yang diperoleh dari serat, sehingga memungkinkan penggunaan serat optik taper untuk berbagai aplikasi penginderaan. Contoh yang menarik adalah penggunaan pewarna organik, seperti porfirin, sebagai unsur aktif, yang dapat bekerja pada suhu kamar dan dapat dipantau secara optik. Titanium dioksida dan porfirin dapat digunakan sebagai lapisan sensitif dimana porfirin mempunyai sifat selektif yang tinggi untuk berinteraksi dengan senyawa tertentu, seperti amonia. Dalam studi ini, kami mengusulkan sebuah sensor untuk mendeteksi kadar amonia cair menggunakan TOF yang dilapisi dengan porfirin yang mengandung titanium dioksida.
Dilakukan pengukuran tegangan keluaran serat optik taper sambil mendeteksi konsentrasi amonia yang berbeda (1-4 ppm). Pengambilan data dilakukan dengan mencatat tegangan keluaran setiap 30 detik selama 7,5 menit. Hasilnya menunjukkan perubahan tegangan keluaran akibat perubahan indeks bias lapisan setelah terpapar amonia dalam larutan seperti yang disebutkan sebelumnya. Tegangan keluaran yang terdeteksi terlihat cukup stabil dari waktu ke waktu. Oleh karena itu, kami mengusulkan untuk membedakan setiap tingkat konsentrasi amonia seperti yang ditunjukkan oleh diagram kotak. Berdasarkan hasil yang ditunjukkan dalam boxplot, kita dapat mengidentifikasi perbedaan konsentrasi amonia hingga 1 ppm karena setiap konsentrasi mempunyai kisaran tegangan keluaran tertentu seperti 1158-1133 mV untuk 1 ppm, 1110-1075 mV untuk 2 ppm, 1045-1025 mV sebesar 3 ppm, dan 1009-973 mV sebesar 4 ppm.
Penulis : Frazna Parastuti
Hasil penelitian ini telah dipublikasikan di Jurnal Optica Applicata. Berikut ini adalah link dari artikel tersebut:
