Larutan natrim hipoklorit (NaOCl) merupakan salah satu bahan kimia industry yang digunakan untuk aplikasi pembersihan. Tetapi, pada konsentrasi tinggi, natrium hipoklorit ini dapat merusak lingkungan dan merusak pipa drainase. Oleh karena itu pemantauan konsentrasi NaOCl pada pipa tertutu sangat diperlukan. Sehingga resonator mikro berbasis optic (OMR) mendapatkan minat yang signifikan dalam beberapa beberapa tahun terakhir karena aplikasinya yang luas dalam sensor optic dan laser.
Berbagai struktur seperti disk mikro, pilar mikro serta cincin mikro telah diusulakn untuk menyimpan cahaya dalam jangka waktu tertentu untuk refleksi internal total. Mode resonansi dapat diwujudkan apabila cahaya tersebut sefasa. Mode resonansi ini disebut juga dengan whispering gallery modes (WGMs). Resonaor WGMs ini memiliki keunggulan seperti mudahnya fabrikasi, faktor Q yang tinggi, dan kerugian intrinsic yang kecil. Resonator micro-bottle (MBR) merupakan salah satu dari subkelas dari resonator WGM yang baru-baru ini dilirik karena kemampuannya untuk mencapai faktor Q tinggi dan rentang spectral bebas terutama untuk resonator berbasis silica.
Sehingga dalam penelitian ini, disajikan sensor MBR untuk mengukur konsentrasi hipoklorit dalam air. MBR dibuat dengan menggunakan metode “soften and compress” dari serat silica standar (SMF-28). 2µm microfiber digunakan untuk mentransmisikan cahaya ke MBR untuk mendeteksi cairan natrium hipoklorit dari konsentrasi 1% hingga 6% ppm.
Metode dan Hasil
MBR dalam penelitian ini dibuat dari standar single-mode fiber (SMF-28). Selama prosesnya, serat optic dipanaskan sampai temperature tinggi hingga menjadi lunak dan dapat disatukan. Tindakan penyambungan ini dimanfaatkan untuk melunakkan sebagian kecil serat optic sekaligus mengompresinya. Prosedur ini menghasilkan MBR yang kuat dengan diameter botol Db, diameter batang Ds dan panjang leher-lehernya LB dengan masing-masing nilainya adalah 180 µm, 125 µm da 183 µm. Karakterisasi MBR dilakukan dengan menggunakan sumber laser (ANDO AQ4321D) bersama dengan pengukur daya optic (THORLABS S145C). Pada percobaannya, digunakan panjang gelombang laser 1552,00 nm sampai 1552,30 nm dengan interval panjang gelombang 0,001 nm. Nilai loss dari struktur MBR sekitar 17 dB. Tingginya nilai loss ini dikarenakan coupling gap antara MBR dan microfiber. Namun hal ini dapat dikontrol dengan penanganan yang tepat selama prosedur kopling. Faktor Q didefinisikan oleh λ/∆λ, dimana λ adalah panjang gelombang resonansi. Faktor-Q untuk MBR adalah sekitar 7,95×105 dan mirip dengan penelitian-penelitian sebelumnya.
MBR yang digunakan pada penelitian ini untuk mengukur konsentrasi natrium hipoklorit dalam air. Struktur MBR yang digabungkan dengan microfiber digunakan untuk probe sensor dan ditempatkan di dalam ruang tertutup dan kontrol kelembaban dan temperature selama percobaan. Temperatur dan kelembaban diatur pada 25℃ dan 40% RH. Salah satu dari microfiber dihubungkan dengan sumber laser dan ujung lainnya dihubungkan pada daya optic. Konsentrasi natrium hipoklorit divariasikan dari 1% ppm sampai 6% ppm selama pengukuran. Panjang gelombang ditetapkan pada 1552,15 nm. Untuk memastikan stabilitas sensor, dilakukan dengan durasi 120 menit pada konsentrasi 6% ppm.
Selama karakterisasi daya keluaran, didapatkan transmisi menurun seiring dengan meningkatkan persentase konsentrasi. Namun, sensitivitas meningkat seiring naiknya persentase konsentrasi. Didapatkan nilai sensitivitas MBR adalah 3,7319 dB/% ppm sedangkan pada microfiber didapatkan sensitivitas 0,7176 dB/%ppm. Untuk nilai linearitas, MBR menunjukkan nilai 92%, sedangkan microfiber sebesar 64%. Hal ini menunjukkan bahwa WGM di dalam MBR berperan penting dalam meningkatkan sensitivitas sensor dan MBR memiliki potensi yang sangat besar untuk dimanfaatkan sebagai sensor natrium hipoklorit dengan biaya rendah.
Penulis: Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Nurul Atika Baharuddin, Norrima Mokhtar, Huda Adnan Zain, Md Ashadi Md Johari, Retna Apsari, Sulaiman Wadi Harun : Micro-bottle resonator for sodium hypochlorite sensor
