Sensor pH dan Sensor DO

loading...

4.1.    Design Sensor pH
Material yang digunakan pada sensor pH antara lain adalah Silver-palladium sebagai lapisan konduktor, Ruthenium kompleks sebagai lapisan resistor. Elektroda kerja menggunakan bahan Ruthenium oksida, sebagai bahan logam oksida sebagai logam yang berinteraksi dengan ion-ion H+ dalam larutan yang akan dideteksi konsentrasi ion H+-nya. Lapisan elektroda referensi Ag dibentuk di sisi kiri elektroda konduktor, Ag dicelupkan ke dalam larutan FeCl3 0,05 M selama 50 detik untuk menghasilkan Ag/AgCl sebagai elektroda referensi melalui proses klorinasi. Lapisan AgCl dibentuk dengan proses klorinasi menggunakan besi klorida, proses ini menghasilkan lapisan AgCl lebih cepat dan lapisan yang terbentuk lebih seragam (homogen). Dalam proses klorinasi ini, elektroda perak (Ag) dicelupkan dalam larutan klorida dan bilas dengan menggunakan air deionisasi.  Di atas lapisan elektroda referensi Ag/AgCl dilapiskan larutan KCl 3,5 M dengan penambahan 7% dan 9% gelatin sebagai zat perekat yang membuat KCl menjadi gel sehingga dapat merekat pada lapisan Ag/AgCl.

4.2.    Design Sensor DO
Pengukuran kadar oksigen terlarut dengan menggunakan sensor amperometri didasarkan atas hubungan arus difusi dengan kadar oksigen yang dapat dinyatakan melalui persamaan:  𝑖𝑑=𝑛F𝑃𝑚𝐶𝑠 /𝑏
Dimana 𝑖𝑑 adalah arus difusi, n adalah jumlah electron yang berubah per molekul reaktan, F adalah tetapan Faraday, 𝑃𝑚 adalah koefisien permeabilitas membran, b adalah ketebalan membran dan 𝐶𝑠 adalah kadar oksigen terlarut
Pada sensor DO terdiri atas tiga struktur penting yang membuat sensor tersebut bekerja. Stuktur tersebut adalah Elektroda Kerja, Elektroda Referensi, dan Counter Elektroda. Untuk membentuk sensor DO sendiri hampir sama dengan sensor pH yang terdiri atas Ag/AgCl, KCl, RuO2. TiO2, lapisan dielektrik, dan AgPd. Yang membedakan sensor DO dengan sensor pH adalah terletak pada penggunaan membrane yang berfungsi sebagai penyaring oksigen dari hasil reaksi pertukaran yang terjadi selama proses pengukuran.

4.1.   Design Sensor pH dan DO beserta Fabrikasi sensor

Penelitian dilakukan secara eksperimen dengan terlebih dahulu merancang desain komponen-komponen sensor melalui penggunaan aplikasi CorelDraw X7 untuk kemudian dicetak kedalam sebuah ortho film negatif. Sensor tersusun atas 3 buah elektroda yang diminiaturisasi kedalam sebuah substrat alumina berukuran 1×2,5 cm. Elektroda kerja yang digunakan dalam penelitian ini berupa logam RuO2, penggunaan senyawa logam oksida seperti RuO2, MnO2, V2O5 dalam proses pembuatan sensor mulai banyak dikembangkan karena memiliki nilai konduktivitas yang baik dan memiliki kestabilan terhadap perubahan suhu dibandingkan logam-logam seperti Au, Pt maupun Ag. Ag/AgCl digunakan sebagai elektroda pembanding dan AgPd digunakan sebagai elektroda bantu yang juga berfungsi sebagai jalur konduksi pada substrat. Ketiga elektroda dihubungkan oleh larutan tipis elektrolit jenuh KCl 3,5M dan gelatin serta bagian luar dilapisi dengan lapisan TiO2 sebagai membran. Gelatin pada elektrolit digunakan sebagai gelling agent guna meningkatkan tingkat adhesifitas antara elektrolit dan substrat.

Pada awalnya design sensor pH dan DO akan penulis design seperti gambar 4.3 dengan cara mengambil unsur-unsur yang terpenting dalam kedua sensor tersebut. Namun sayangnnya pada design tersebut sensor pH terkontaminasi oleh lapisan membrane yang membuat sensor tersebut tidak akan menghasilkan dua output sekaligus ketika nanti dilakukannya pengukuran. Karena jika membrane melapisi atau mengkontaminasi bagian sensor pH maka nilai pembacaan sensor pH tidak akan benar-benar menujukan tingkat keasaman suatu larutan yang diukur melainkan hasil perpaduan antara sensor pH dan DO. Sedangkan untuk sensor DO akan menghasilkan output yang sesuai karena design tersebut menunjukan mendominasinya membrane dalam stuktur sensor. Namun pada design ini sangatlah lengkap stukturnya mulai dari ektroda kerja elektroda referensi dan counter elektroda bahkan pada sensor ini pula masih terdapat lapisan dielectric yang berfungsi sebagai penutup atau penghalang untuk mencegah terjadinya kontak antara zat yang diukur terhadap bahan konduktivitas.

Gambar 4.3 Gabungan Sensor pH dan DO

Bahan-bahan untuk membuat sensor pH dan DO yang ditunjukan pada Gambar 4.3 terdiri dari Ag/AgCl, KCl, RuO2, TiO2, lapisan dielectric dan AgPd. Elektroda kerja, elektroda referensi dan counter elektroda semuanya menggunakan bahan konduktor yaitu AgPd, namun untuk elektroda kerja dan referensi ditambahkan satu lapisan lagi sebagai penyempurna. Untuk elektroda kerja tersusun bahan konduktor yang dilapisi RuO2 sedangkan untuk elektroda referensi tersusun atas bahan konduktor yang dilapisi Ag/AgCl.

Gambar 4.4 Design Sensor pH dan DO

Gambar 4.5 Design Sensor pH dan DO

Setelah penulis tambahkan kaki pada sensor DO dan pH sayangnya hal tersebut masih saja salah, karena menurut dosen pembimbing KP di LIPI “design sensor ini jangan lebih dari empat kaki” begitu ujarnya. Kemudian pada akhirnya penulis mendesign ulang sensor tersebut dan menghilangkan kaki-kaki yang tidak perlu seperti penggunaan dua counter elektroda. Dan akhirnya design dari sensor pH dan DO penulis dapatkan seperti ditunjukan pada gambar 4.5 tersebut.

Untuk sensor yang ditunjukan oleh gambar  4.5 diatas stuktur sensor hanya menggunakan hal-hal yang menurut penulis sangat penting. Hal-hal tesebut adalah electrode referensi, counter elektroda, elektroda kerja, membrane. Seperti yang diperlihatkan oleh gambar tersebut bahwa sebagian kecil dari sensor ditutupi oleh bagian membrane yang dimaksudkan untuk menyaring oksigen yang terlarut dalam suatu zat yang diukur. Dan dibagian lain tidak tertutupi oleh membrane yang dimaksudkan untuk mengukur seberapa cepat perpindahan H+ dalam zat yang diukur. Sehingga dengan desain semacam itu diharpakan nantinya akan memperkecil penggunaan bahan, ukuran dimensi, dan lebih proporsional. Kelebihan dari desain itu sendiri membuat sensor ini mempunyai keuntungan dua kali lipat jika dibandingkan dengan sensor yang telah dibuat sebelumnya.

loading...