Fiber optic sensor toward Air pollution control: My Research on Fiber Optic Sensor as Air Pollution Detector

Air quality is the indicator for the health condition of every people in one of country whom reside in the one of neighborhood; pollution is resource from the vehicle and the pollution resource from the industries around the location near to the area of the residence. These phenomena have been attracting the attention of researcher in finding solutions for answering the problematical issue within the community. Fiber optic group of researcher have been working on producing the sensor based on fiber optic as the detector in detecting the exposure limit of any poisonous contaminant which is contaminate the air. As researcher I also taking part in designing a sensor based fiber optic in lab scale which is to be tested as an initial detector in sensing the poisonous chemical that’s easily release to the air and definitely will harm the human health. I was working on designing a sensor based on polymer optical fiber as a probe of sensor with the following modification step that latter on can be utilized as a sensor with many advantages. In my research I also tested with three chemicals types, to see the response of the sensor to the presence of the chemical that release to the air.

Perta Arun Gas Plant site

In specific name the poisonous chemical in the world of research specifically called as Volatile organic compound (VOC), volatile means that’s the temporary condition so the chemical solvent which is used in the factory or laboratory is very easy to evaporate, the volatility of a chemical compound is occur in some of unpredictable situation such as evaporate due to escalation of temperature or unshielded media for chemical container or the worse thing is unwell management in keeping the waste product of industry that channelized to the outside places, for some example is the presence of oil and gas industry, chemical fertilizer and many others type of chemical industry will be the most factor that will caused the air pollution to the air. Oil and gas will definitely donate the methane that release to the air although there was a system of waste management but sometimes accident can probably happen and the exposure limit of methane will harm the people who live in the near range of factory place. And this true for my home town as the city with many types of oil and gas factory. And it is also true for the chemical fertilizer industry, the main chemical that used in the process of producing the fertilizer is mostly use Ammonia chemical compound and if this was not controlled precisely it will also harm the people health condition if it is inhale in the short time and long time period.

The advantage of sensor optic

The utilization of fiber optic sensor is can answer the problem that face regarding air pollution contamination, this due to fiber optic is a sensor that can be place in the remote area, that’s why this sensor known as remote sensor device. The fiber optic sensor is made from glass material and polymer material which and using light as the interaction media to the targeting sensor and this is also free magnetic field interference effect.

The work principle of fiber optic sensor of Methanol as the volatile organic compound

Optical Sensing setup

Experimental set up of absorbance measurement of methanol

(a)Digital pressure meter (b) broad band light source (c) Spectrometer (d) computer (e) Modified condenser (f) modified POF sensor

In this experimental I setup the measurement device which is compatible to measure the absorbance spectrum of the prepared fibers sensor. A white light source (model: DH-2000-BAL Ocean Optics US) and a spectrometer (model: HR4000CG: UV-NIR) with full spectral output compromising a wavelength range of 200 nm to 1100 nm were used in this experiment. A personal computer was utilized as an interface to analyze the data generated from the spectrometer. As for the gas flow, it consisted of a vacuum pump, a digital pressure meter (model: HHP-90), a testing chamber, and a modified condenser. Air in the testing chamber was first pumped out using the vacuum pump. The pressure in the testing chamber was monitored using the digital pressure meter. Methanol vapor was then flown into the testing chamber to interact with the sensor. The interaction between the volatile organic compound and the light is occur with evanescence absorbance sensing model and affected by the fiber optic parameters and the ability in sensing the presence of hazardous vapor from methanol that’s evaporate within the testing chamber.

Measurement Result

Absorbance Spectra of Methanol

The light that radiates outside the core of fiber optic sensor as a result of absorbance is expected to react to the methanol vapour, and when the reaction occurs at the surface of the etched POF there will be a changes to the internal reflection and intensity of the propagating light inside the fiber due to changes in the refractive index of the air around the core of fiber. Modified POF as intrinsic sensor were exposed to the methanol vapour and the results depicted in fig.6. The absorption spectrum coefficients graph showing the absorption of methanol. spectral characteristic of light ranging from 500 nm to 800 nm. The sensor was exposed to the different concentration of methanol vapor ranging from 5% to 50% as it shows in depicted graph The amount of absorption increases with increasing concentration of methanol vapour. This condition implies that the modified cladding possesses sensitive reaction as it is able to effectively detect the presence of the volatile organic compound inside the test chamber.

Vapor response inside the testing chamber

The response of the change in absorbance measurement during interaction of methanol vapor and intrinsic sensor inside the chamber test. This is proving the repeatability of the sensor by flowing in the methanol with the 30% and 40% concentration. When the volatile organic compound presence inside the testing chamber and interact with the sensor it will show the escalation of the indicator measurement which is monitored in the real time during the interaction phase and when the methanol flow out the graph will show the decrements trend of interaction. The good compatibility of the optical fiber interface is contributed by electrostatic interaction between the oxide functional groups of ZnO and the polymeric material of the POF, that’s uses as sensitive material in enhancing the sensor work.

Conclusion

In this research I have design the prototype of fiber optic sensor in laboratory scale to ensure the work of fiber optic as the sensor with a lot of advantages, A Polymer Optical Fiber sensor coated with ZnO as a sensitive material. The sensor exhibit the present of methanol vapor inside the test chamber with absorbance spectroscopy measurement technique. The sensor exhibit repeatability response of the sensor to ensure a good performance in detecting the present of methanol vapor. The fiber optic is a prospecting detector for air monitoring contamination in industry and environment. This research work I have publish in the proceeding

Reference

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/180/1/012275/meta

Best Regard

@faizarfatria

Kualitas udara adalah indikator untuk kondisi kesehatan setiap orang di salah satu negara yang tinggal di salah satu lingkungan; polusi adalah sumber daya dari kendaraan dan sumber polusi dari industri di sekitar lokasi dekat ke area tempat tinggal. Fenomena ini telah menarik perhatian peneliti dalam mencari solusi untuk menjawab masalah problematik dalam masyarakat. Kelompok optik serat peneliti telah bekerja memproduksi sensor berdasarkan serat optik sebagai pendeteksi dalam mendeteksi batas paparan dari setiap kontaminan beracun yang mencemari udara. Sebagai peneliti, saya juga mengambil bagian dalam merancang sensor berbasis serat optik dalam skala laboratorium yang akan diuji sebagai pendeteksi awal dalam mendeteksi bahan kimia beracun yang mudah dilepaskan ke udara dan pasti akan membahayakan kesehatan manusia. Saya sedang mengerjakan merancang sensor berdasarkan serat optik polimer sebagai probe sensor dengan langkah modifikasi berikut yang terakhir pada dapat digunakan sebagai sensor dengan banyak keuntungan. Dalam penelitian saya, saya juga menguji dengan tiga jenis bahan kimia, untuk melihat respon dari sensor terhadap keberadaan bahan kimia yang melepaskan ke udara.

Perta Arun Gas Plant site

Dalam nama khusus bahan kimia beracun di dunia penelitian yang secara khusus disebut sebagai Volatile organic compound (VOC), volatile berarti itulah kondisi sementara sehingga pelarut kimia yang digunakan di pabrik atau laboratorium sangat mudah menguap, volatilitas kimia Senyawa ini terjadi pada beberapa situasi yang tidak dapat diprediksi seperti menguap karena eskalasi suhu atau media yang tidak digunakan untuk wadah kimia atau yang lebih buruk adalah manajemen yang tidak baik dalam menjaga produk limbah dari industri yang disalurkan ke tempat luar, untuk beberapa contoh adalah adanya industri minyak dan gas, pupuk kimia dan banyak lagi jenis industri kimia akan menjadi faktor paling besar yang akan menyebabkan polusi udara ke udara. Minyak dan gas pasti akan menyumbangkan metana yang dilepaskan ke udara walaupun ada sistem pengelolaan limbah tetapi kadang-kadang kecelakaan mungkin bisa terjadi dan batas pemajanan metana akan membahayakan orang-orang yang tinggal di kisaran dekat tempat pabrik. Dan ini benar untuk kota asal saya sebagai kota dengan banyak jenis pabrik minyak dan gas. Dan hal ini juga berlaku untuk industri pupuk kimia, bahan kimia utama yang digunakan dalam proses memproduksi pupuk sebagian besar menggunakan senyawa kimia Amonia dan jika ini tidak dikontrol dengan tepat itu juga akan membahayakan kesehatan masyarakat jika menghirup dalam waktu singkat dan periode waktu yang panjang.

Keuntungan dari sensor optik

Pemanfaatan sensor serat optik ini dapat menjawab masalah yang dihadapi terkait pencemaran pencemaran udara, ini karena serat optik adalah sensor yang dapat ditempatkan di daerah terpencil, itulah sebabnya sensor ini dikenal sebagai perangkat sensor jarak jauh. Sensor serat optik terbuat dari bahan kaca dan bahan polimer yang dan menggunakan cahaya sebagai media interaksi ke sensor penargetan dan ini juga efek gangguan medan magnet .

Prinsip kerja sensor serat optik Methanol sebagai senyawa organik yang mudah menguap

Dalam eksperimen ini saya mengatur perangkat pengukuran yang kompatibel untuk mengukur spektrum absorbansi sensor serat yang disiapkan. Sumber cahaya putih (model: DH-2000-BAL Ocean Optics AS) dan spektrometer (model: HR4000CG: UV-NIR) dengan output spektral penuh yang mengorbankan kisaran panjang gelombang 200 nm hingga 1100 nm digunakan dalam percobaan ini. Komputer pribadi digunakan sebagai antarmuka untuk menganalisis data yang dihasilkan dari spektrometer. Sedangkan untuk aliran gas, itu terdiri dari pompa vakum, pengukur tekanan digital (model: HHP-90), ruang pengujian, dan kondensor yang dimodifikasi. Udara di ruang pengujian pertama kali dipompa keluar menggunakan pompa vakum. Tekanan dalam ruang pengujian dipantau menggunakan pengukur tekanan digital. Uap metanol kemudian diterbangkan ke ruang pengujian untuk berinteraksi dengan sensor. Interaksi antara senyawa organik mudah menguap dan cahaya terjadi dengan model sensor absorbansi evanescence dan dipengaruhi oleh parameter serat optik dan kemampuan dalam mendeteksi keberadaan uap berbahaya dari metanol yang menguap dalam ruang pengujian.

Optical Sensing setup

Experimental set up of absorbance measurement of methanol

(a)Digital pressure meter (b) broad band light source (c) Spectrometer (d) computer (e) Modified condenser (f) modified POF sensor

Hasil Pengukuran

Absorbance Spectra of Methanol

Cahaya yang memancar di luar inti sensor serat optik sebagai hasil dari absorbansi diharapkan untuk bereaksi terhadap uap metanol, dan ketika reaksi terjadi pada permukaan POF tergores akan ada perubahan pada refleksi internal dan intensitas menyebarkan cahaya di dalam serat karena perubahan indeks bias udara di sekitar inti serat. POF dimodifikasi sebagai sensor intrinsik terkena uap metanol dan hasil yang digambarkan dalam fig.6. Grafik koefisien spektrum penyerapan menunjukkan penyerapan metanol. karakteristik cahaya spektral mulai dari 500 nm hingga 800 nm. Sensor terpapar dengan konsentrasi uap metanol yang berbeda mulai dari 5% hingga 50% seperti yang ditunjukkan dalam grafik. Jumlah penyerapan meningkat dengan meningkatnya konsentrasi uap metanol. Kondisi ini menyiratkan bahwa cladding dimodifikasi memiliki reaksi sensitif karena mampu mendeteksi keberadaan senyawa organik mudah menguap di dalam ruang uji.

Respon dari perubahan dalam pengukuran absorbansi selama interaksi uap metanol dan sensor intrinsik di dalam uji ruang. Ini membuktikan pengulangan sensor dengan mengalir dalam metanol dengan konsentrasi 30% dan 40%. Ketika kehadiran senyawa organik volatile di dalam ruang pengujian dan berinteraksi dengan sensor itu akan menunjukkan eskalasi pengukuran indikator yang dipantau secara real time selama fase interaksi dan ketika aliran metanol keluar grafik akan menunjukkan tren penurunan interaksi . Kompatibilitas yang baik dari antarmuka serat optik dikontribusikan oleh interaksi elektrostatik antara gugus fungsi oksida ZnO dan bahan polimer dari POF, yang digunakan sebagai bahan sensitif dalam meningkatkan kerja sensor.

Vapor response inside the testing chamber

Kesimpulan

Dalam penelitian ini saya telah merancang prototipe sensor serat optik dalam skala laboratorium untuk memastikan pekerjaan serat optik sebagai sensor dengan banyak keuntungan, A sensor Polymer Optical Fiber dilapisi dengan ZnO sebagai bahan sensitif. Sensor menunjukkan hadirnya uap metanol di dalam ruang uji dengan teknik pengukuran spektroskopi absorbansi. Sensor menunjukkan respons pengulangan dari sensor untuk memastikan kinerja yang baik dalam mendeteksi keberadaan uap metanol. Serat optik adalah detektor pencarian untuk kontaminasi pemantauan udara di industri dan lingkungan. Karya penelitian ini saya telah publikasikan dalam proceeding

Reference

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/180/1/012275/meta

Best Regard

@faizarfatria

Discord Komunitas Steemit Indonesia