Pendahuluan
Etanol banyak digunakan dalam aplikasi industri dan medis. Hal ini juga penting dalam pengolahan bio-fuel. Namun, etanol adalah bahan yang sangat mudah menguap, korosif, dan mudah terbakar, membatasi kinerja sensor tradisional yang bergantung pada resistor dan perubahan tegangan. Selain itu, metode deteksi etanol tradisional, seperti spektrometri massa dan kromatografi cair tekanan tinggi, yang saat ini disebut kromatografi cair kinerja tinggi, memerlukan operasi yang kompleks, sampel uji yang lebih besar, dan operator yang terlatih secara profesional. Karena etanol sangat penting untuk banyak industri makanan, elektronik, biomedis dan kimia, mendeteksi etanol dalam larutan berair sangat penting untuk keamanan dan kualitas industri ini. Single-walled carbon nanotubes (SWCNT) berdinding tunggal telah menarik banyak perhatian dalam aplikasi deteksi kimia karena luas permukaannya yang besar, stabilitas kimia, dan biokompatibilitas yang sangat baik. Selain itu, bahan SWCNT memiliki sifat optoelektrik yang sangat baik dan stabilitas mekanik yang baik. Bahan SWCNT memiliki rasio luas permukaan terhadap volume yang besar. Area permukaan yang lebih besar meningkatkan interaksi antara analit dan struktur penginderaan, menghasilkan peningkatan sensitivitas. Jadi, menggunakan lapisan SWCNT pada sensor serat optik adalah pilihan yang menjanjikan.
Metode dan Hasil
Hasil pengaturan dua eksperimental ditampilkan untuk pengukuran sensor etanol. Pertama, serat berbentuk terhubung di satu ujung ke Tunable Laser Source (TLS, ANDQ 4321) dan terhubung ke Optical Power Meter (OPM, ThorLab PMD100) di ujung lainnya. Daerah berbentuk D dimasukkan ke dalam cawan berisi larutan etanol. Pengaturan ini digunakan untuk melacak respons daya keluaran sensor terhadap variasi konsentrasi etanol. Pada percobaan ini, sampel serat berbentuk D dimasukkan secara hati-hati ke dalam cawan Petri yang berisi larutan etanol. Setelah setiap langkah, larutan dibuang, sampel dicuci perlahan dengan air deionisasi dan dibiarkan kering. Sampel yang sama digunakan untuk kedua percobaan dengan sensor yang tidak dilapisi dan yang dilapisi SWCNT. Panjang gelombang yang digunakan selama percobaan adalah 1550 nm. Suhu dijaga pada nilai konstan 25掳C. Fokus sensor ini adalah untuk mendeteksi etanol dan di masa mendatang akan lebih banyak solusi cair yang akan digunakan untuk menguji sensor dengan berbagai lapisan.
Pengaturan yang digunakan untuk memantau pergeseran panjang gelombang dari sensor. Serat yang terhubung ke TLS dipertahankan sementara ujung serat lainnya terhubung ke optical spectrum analyzer (OSA). Pengaturan ini menunjukkan perubahan daya keluaran dengan variasi konsentrasi larutan berair etanol. Sebelum menerapkan lapisan pelapis SWCNT, daya keluaran struktur turun dari -0,4 dBm menjadi -1 dBm karena konsentrasi etanol meningkat dari 5% menjadi 50%. Untuk sampel berlapis SWCNT, daya keluaran turun dari -1,5 dBm menjadi -3 dBm dalam kisaran konsentrasi etanol yang sama.
Hasil menunjukkan bahwa sampel yang dilapisi SWCNT memiliki sensitivitas yang lebih baik sebesar 0,040 9 dBm/% dibandingkan dengan sensitivitas yang tidak dilapisi hanya 0,013 5 dBm/%. Linieritas sampel yang dilapisi adalah 98%. Di sisi lain, sampel yang tidak dilapisi memiliki linearitas 94%. Hasil juga menunjukkan kinerja sensor dalam tiga jalur penghubung. Hal ini menunjukkan bahwa variasi daya lebih kecil dengan pelapisan SWCNT. Hasil eksperimen menunjukkan spektrum transmisi SWCNT pada konsentrasi yang berbeda dari larutan etanol. Panjang gelombang puncak bergeser dari 1 549.72 nm ke 1549.81 nm karena konsentrasi etanol dalam larutan yang diuji meningkat dari 5% menjadi 50%. Pergeseran ini disebabkan oleh meningkatnya indeks bias larutan etanol. Sampel yang tidak dilapisi tidak menunjukkan perubahan panjang gelombang yang berulang selama percobaan ini. Beberapa kurva bervariasi dan jenuh karena perubahan kecil dalam indeks bias. Sebuah optimasi lebih lanjut dalam probe sensor diperlukan untuk mendeteksi kenaikan kecil dalam konsentrasi etanol. Stabilitas sensor ini dalam kisaran suhu 24-36 掳C diselidiki. Daya luaran sensor tidak memiliki variasi yang besar dalam kisaran suhu tersebut. Ini karena stabilitas lapisan yang baik dan struktur penginderaan berbentuk D dalam kisaran suhu normal.
Ringkasan parameter penginderaan dari sensor yang diusulkan telah disajikan. Dengan menerapkan lapisan SWCNT meningkatkan kemampuan serat berbentuk D untuk merespons perubahan konsentrasi etanol. Sensitivitas serat yang dilapisi adalah 0.040 9 dBm/% dibandingkan dengan sampel yang tidak dilapisi yang hanya 0.013 5 dBm/%. Pelapisan juga meningkatkan resolusi dan linearitas sensor.
Penulis : Prof. Dr. Moh. Yasin, M.Si.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Huda Adnan Zain,Malathy Batumalay,Hazli Rafis Abdul Rahim,Moh Yasin&Sulaiman Wadi Harun.
