Analisis Deteksi Kandungan Timbal (Pb) Pada Air Berbasis Sensor Serat Optik Bending

Analysis for Detection of Lead (Pb) Content in Water Based on Fiber Optic Bending Sensor

Pencemaran logam seperti Pb, Cd, Fe, Cu, Zn, dan Mn di perairan menyebabkan masalah kesehatan seperti gangguan neurologis serius seperti yang telah ditemukan di daerah Minamata, Jepang. Peninjauan logam berat khususnya timbal dalam air perlu dilakukan secara berkala untuk menghindari dampak buruk. Penelitian ini menawarkan penggunaan metode sensor serat optik dengan tujuan menganalisa pengaruh bending terhadap kinerja sensor, menganalisa pengaruh penggunaan sensor serat optik jenis multimode dan single-mode, serta menganalisa karakteristik sensor serat optik dalam mendeteksi kadar logam berat Timbal dalam air. Sehingga variabel yang dimanipulasi pada penelitian ini berupa bending dengan jari-jari 7 mm, 6 mm dan 5 mm pada masing-masing jenis serat optik multimode maupun single-mode. Selama melakukan pendeteksian sumber cahaya, suhu sampel, panjang kupasan serat optik dikontrol supaya dapat memperoleh respon tegangan mulai-mula, tegangan akhir dan waktu respon secara akurat. Penggunaan serat optik sebagai sensor dilakukan dengan melakukan pengupasan pada bagian jacket dan cladding serat menggunakan metode chemical etching yang akan digantikan dengan sampel ketika proses pengujian. Dalam pengaplikasiannya mengusung konsep gelombang evanescent yang terjadi akibat adanya perbedaan indeks bias antara inti serat dan medium sekitar core. Hasil penelitian ini menunjukkan sensor serat optik multimode lebih unggul dibandingkan sensor serat optik single-mode. Meskipun jari-jari bending yang lebih kecil (5 mm) meningkatkan sensitivitas, peningkatan loss cahaya membuat hasil kurang efektif. Sensor serat optik multimode menunjukkan sensitivitas yang lebih tinggi dan konsistensi yang lebih baik dengan model regresi logarithmic, sementara sensor single-mode menunjukkan hasil yang tidak konsisten. Berdasarkan jari-jari bendingnya, sensor dengan jari-jari 6 mm menunjukkan performa terbaik dengan jangkauan kerja 1270 mV dan sensitivitas 551,102 mV/ppm, sedangkan resolusi tertinggi didapatkan pada penggunaan jari-jari bending 5 mm yakni sebesar 18,148×10⁻⁵ ppm. Dengan demikian, penggunaan sensor serat optik multimode dengan jari-jari bending 6 mm atau 7 mm adalah pilihan yang lebih tepat dan efektif untuk deteksi kadar Pb dalam air.

Kata Kunci: Sensor serat optik, Timbal, bending, Multimode, Single-mode

Pollution of metals such as Pb, Cd, Fe, Cu, Zn, and Mn in water causes health problems such as serious neurological disorders as has been found in the Minamata area, Japan. Assessment of heavy metals especially lead in water needs to be done periodically to avoid adverse effects. This research offers the use of fiber optic sensor methods with the aim of analyzing the effect of bending on sensor performance, analyzing the effect of using multimode and single-mode fiber optic sensors, and analyzing the characteristics of fiber optic sensors in detecting heavy metal levels of Lead in water. So that the variables manipulated in this study are bending with a radius of 7 mm, 6 mm and 5 mm on each type of multimode and single-mode optical fiber. During the detection of the light source, the temperature of the sample, the length of the optical fiber peel is controlled in order to obtain the initial voltage response, the final voltage and the response time accurately. The use of optical fiber as a sensor is done by stripping the jacket and cladding of the fiber using the chemical etching method which will be replaced with a sample during the testing process. The application carries the concept of evanescent waves that occur due to the difference in refractive index between the fiber core and the medium around the core. The results of this study show that multimode fiber optic sensors are superior to single-mode fiber optic sensors. Although a smaller bending radius (5 mm) increases sensitivity, the increased light loss makes the results less effective. The multimode fiber optic sensor showed higher sensitivity and better consistency with the logarithmic regression model, while the single-mode sensor showed inconsistent results. Based on the bending radius, the sensor with a 6 mm radius showed the best performance with a working range of 1270 mV and a sensitivity of 551.102 mV/ppm, while the highest resolution was obtained using a 5 mm bending radius of 18.148×10-⁵ ppm. Thus, the use of multimode fiber optic sensors with a bending radius of 6 mm or 7 mm is a more appropriate and effective choice for the detection of Pb levels in water.

Keywords: Fiber optic sensor, Lead, bending, Multimode, Single-mode