Studi Awal Karakteristik Sensor Fiber Optik dengan Variasi Konfigurasi Spiral dan Panjang Kupasan untuk Mendeteksi Kandungan Kadmium pada Air

The Initial Study of Optical Fiber Sensor Characteristics with Variations in Spiral Configuration and Strip Length to Detect Cadmium Content in Water

Kadmium (Cd) merupakan logam berat yang menimbulkan efek toksik, bahkan pada kadar yang sangat rendah. Pencemaran air oleh ion Cd dapat menyebabkan masalah serius bagi lingkungan, kesehatan manusia, dan hewan karena toksisitasnya yang bersifat akut dan kronis. Konsumsi Cd dalam jumlah berlebihan dapat meningkatkan risiko penyakit serius hingga menyebabkan kematian. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan sistem sensor serat optik guna mendeteksi kandungan Cd dalam air. Sampel uji berupa aquades yang telah ditambahkan serbuk Cd(NO₃)₂ 99% dengan variasi konsentrasi 0,001 ppm, 0,005 ppm, 0,01 ppm, dan 0,05 ppm. Sistem sensor yang dikembangkan menggunakan dua variasi, yakni variasi konfigurasi spiral dengan jumlah lilitan 1, 2, dan 3 serta variasi panjang kupasan cladding sebesar 5 dan 6 cm. Proses perancangan alat dimulai dengan menghubungkan laser sebagai sumber cahaya dengan power supply. Cahaya laser difokuskan ke arah fiber optik dan cahaya yang melewati fiber optik akan terdeteksi oleh fotodioda dan diolah oleh arduino nano untuk menghasilkan keluaran berupa tegangan yang ditampilkan melalui LCD. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sensor dengan panjang kupasan 5 cm memiliki sensitivitas lebih baik dibandingkan sensor dengan panjang kupasan 6 cm. Selain itu, sensor dengan 3 lilitan memberikan hasil terbaik dibandingkan dengan sensor dengan 1 dan 2 lilitan, meskipun atenuasi meningkat dengan bertambahnya lilitan. Berdasarkan sensitivitasnya, sensor dengan panjang kupasan 5 cm dan 3 lilitan menunjukkan performa terbaik dengan jangkauan kerja 11,55 dB dan sensitivitas 235,70 dB/ppm. Resolusi sensor berbanding terbalik dengan sensitivitas, dengan resolusi tertinggi pada sensor dengan panjang kupasan 5 cm dan 1 lilitan dengan nilai 50,75 x 10^-5 ppm. Dengan demikian, penggunaan sensor fiber optik dengan panjang kupasan 5 cm menggunakan 3 lilitan merupakan pilihan yang efektif untuk mendeteksi Cd dalam air.

Cadmium (Cd) is a heavy metal that exhibits toxic effects even at very low concentrations. Water pollution by Cd ions can cause serious problems for the environment, human health, and animals due to its acute and chronic toxicity. Excessive Cd consumption can increase the risk of serious diseases, potentially leading to death. This study aims to develop a fiber optic sensor system to detect Cd content in water. The test samples consisted of distilled water spiked with  Cd(NO₃)₂ 99% powder at varying concentrations of 0.001 ppm, 0.005 ppm, 0.01 ppm, and 0.05 ppm. The developed sensor system used two variations: a spiral configuration with 1, 2, and 3 coils, and cladding removal lengths of 5 and 6 cm. The device design process started with connecting a laser light source to a power supply. The laser light was then focused towards the fiber optic, and the light passing through the fiber optic was detected by a photodiode and processed by an Arduino Nano to produce an output voltage displayed on an LCD. The results indicated that the sensor with a 5 cm cladding removal length exhibited better sensitivity than the sensor with a 6 cm cladding removal length. Additionally, the sensor with 3 coils provided the best results compared to the sensors with 1 and 2 coils, despite increased attenuation with more coils. Based on sensitivity, the sensor with a 5 cm cladding removal length and 3 coils demonstrated the best performance with a working range of 11.55 dB and sensitivity of 235.70 dB/ppm. Sensor resolution was inversely proportional to sensitivity, with the highest resolution found in the sensor with a 5 cm cladding removal length and 1 coil, having a value of 50.75 x 10^-5 ppm. Therefore, using a fiber optic sensor with a 5 cm cladding removal length and 3 coils is an effective choice for detecting Cd in water.