BERKALA SAINSTEK 2021 9(1): 45-50 doi: 10.19184/bst.v9i1.19074 https://jurnal.unej.ac.id/index.php/BST/article/view/19074

## RESEARCH ARTICLE

## Application of Magneto-optical Characteristic in Liquid: Verdet Constant as Quality Indicator of Repeatedly Cooking Oil
(Aplikasi Karakteristik Magneto-Optik Pada Zat Cair: Konstanta Verdet Sebagai Indikator Kualitas Minyak Goreng Pada Pemakaian Berulang)
Silfiana Puspita Sari, Misto, Endhah Purwandari *)
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember Jl. Kalimantan 37, Jember 68121

## ABSTRACT
The Faraday Effect is a magnetooptical phenomenon in physics describing the interaction of light and magnetic fields in a medium. A parameter that indicates the interaction is the Verdet constant. In this research, Verdet constant was measured on cooking oil that has been used several times. Magneto-optical properties were measured using the polarimetry method, which uses a He-Ne Laser beam with a magnetic field treatment of 50 gauss, 80 gauss and 100 gauss. The samples analyzed were bulk and non-bulk cooking oil. Repeated use of cooking oil causes a change in the polarization axis of the polarized laser. This has an impact on the Verdet constant of the material. The difference in the Verdet constant shows that the Verdet constant can be used as an indicator of cooking oil that has been used up to three times.
Efek Faraday merupakan sebuah fenomena di dalam fisika yang menggambarkan interaksi cahaya dan medan magnet di dalam medium. Sebuah parameter yang muncul sebagai konsekuensi dari adanya interaksi tersebut adalah konstanta Verdet. Konstanta Verdet  diukur  pada  bahan  minyak  goreng  yang  telah  dipakai  beberapa  kali.  Pengukuran  sifat  magneto-optik  dilakukan  dengan menggunakan metode polarimeter, yang memanfaatkan berkas Laser He-Ne sebagai obyek pengukuran dengan perlakuan medan magnet sebesar 50 gauss, 80 gauss dan 100 gauss. Adapun sampel minyak goreng yang dianalisis adalah minyak goreng curah dan non curah. Pemakaian berulang pada minyak goreng menyebabkan sumbu polarisasi bidang getar dari berkas laser terpolarisasi mengalami perubahan cukup signifikan. Peristiwa ini berdampak pada hasil perhitungan konstanta Verdet dari bahan. Perbedaan cukup  signifikan  pada  konstanta  Verdet  menunjukkan  bahwa  konstanta  Verdet  dapat  digunakan  sebagai  indikator  dari  minyak goreng yang telah digunakan hingga tiga kali pemakaian.
Keywords: cooking oil, Faraday effect, polarization, Verdet constant .

## PENDAHULUAN
Minyak  goreng  adalah  minyak  yang  berasal  dari pemurnian  bagian  tumbuhan  atau  hewan  yang biasanya  digunakan  untuk  menggoreng  makanan. Konsumsi minyak goreng terbagi dalam dua kategori yaitu  minyak  goreng  kemasan  dan  curah.  Minyak goreng  kemasan  adalah  minyak  goreng  yang  diberi merek  dan  dikemas  dengan  botol,  plastik  refill  dan jerigen,  dan  diukur  dalam  satuan  volume  (liter). Minyak goreng curah adalah minyak goreng yang tidak
memiliki  merek  dan  diukur  dalam  satuan  massa (kilogram) [1]. Minyak goreng merupakan salah satu jenis bahan transparan yang bersifat optis aktif karena memiliki  atom  C  chiral  [2].  Molekul-molekul  chiral memiliki kemampuan untuk memutar bidang cahaya terpolarisasi. Parameter kualitas minyak meliputi sifat fisik  dan  kimia.  Sifat  fisik  antara  lain:  warna,  bau, kelarutan, titik cair dan polimerfisme, titik didih, titik pelunakan, slipping  point , shot  melting  point ,  berat  jenis, viskositas, indeks bias, titik kekeruhan ( turbidity point ), titik asap, titik nyala dan titip api, sedangkan sifat kimia
*)Corresponding author: Endhah Purwandari E-mail: endhah.fmipa@unej.ac.id
Sari et al, Application of Magneto-optical Characteristic …
meliputi jumlah asam lemak bebas ( free fatty acid /FFA), bilangan peroksida ( peroxide value /PV), bilangan asap ( smoke point ) dan komposisi asam lemak [3]. Efek  Faraday  merupakan  peristiwa  yang  terjadi apabila seberkas cahaya yang melewati sebuah bahan transparan  mendapatkan  pengaruh  medan  magnet eksternal  yang  kuat.  Parameter  yang  muncul  akibat efek Faraday adalah konstanta Verdet [4]. Konstanta Verdet didapat dari perputaran sudut polarisasi cahaya saat  dilewatkan  pada  suatu  bahan  yang  diberi pengaruh medan magnet yang selanjutnya digunakan untuk  menghitung  konstanta  Verdet.  Besar  sudut polarisasi  yang  dihasilkan  untuk  menentukan konstanta  Verdet  sangat bergantung  pada  sifat  kritis bahan [5].
Penelitian  pengukuran konstanta  Verdet  yang pernah  dilakukan  sebelumnya  mengenai  pengukuran konstanta Verdet minyak zaitun untuk sensor medan magnet [6]. Penelitian dilakukan dengan menggunakan lima variasi panjang gelombang, yaitu 405 nm, 532 nm, 632,8  nm,  650  nm,  dan  804,3  nm.  Hasil  penelitian untuk  nilai  konstanta  Verdet  dengan  lima  variasi panjang  gelombang  tersebut  adalah  nilai  konstanta Verdet  minyak  zaitun  tertinggi  terjadi  pada  panjang gelombang 650 nm dan nilai konstanta Verdet terkecil pada  panjang  gelombang  532  nm.  Oleh  karena  itu, untuk  pengukuran  konstanta  Verdet  minyak  zaitun pada penelitian tersebut, panjang gelombang yang baik digunakan pada panjang gelombang 650 nm dan dapat digunakan  sebagai  sensor  untuk  medan  magnet dengan perubahan sudut rotasi Faraday.
Berdasarkan  uraian  di  atas,  pada  penelitian  ini dilakukan  penentuan  konstanta  Verdet  suatu  bahan, dengan  mengamati  sudut  rotasi  Faraday  yang dihasilkan  oleh  laser  pada  saat  bahan  diberikan perlakuan medan magnet eksternal. Bahan yang akan dianalisis  dalam  hal  ini  adalah  minyak  goreng.  Oleh karena temperatur dan sifat bahan dari minyak goreng dapat  mempengaruhi  besarnya  konstanta Verdet, maka  perubahan  yang  dimiliki  oleh  minyak  goreng akibat  adanya  pemakaian  diharapkan  turut mempengaruhi  konstanta  tersebut.  Hasil  analisis diharapkan  dapat  memberikan  gambaran  adanya pengaruh  pemakaian  minyak  goreng  terhadap konstanta Verdet. Adapun pemakaian minyak goreng akan dibatasi hanya pada variasi frekuensi pemakaian minyak.

## METODE PENELITIAN
Alat dan Bahan Alat yang digunakan adalah sumber laser HeNe, 2 buah  polarizer,  1  buah  solenoida  berjumlah  1000 lilitan,  wadah  kaca  transparan  yang  diisi  bahan  yang akan diteliti, fotometer, teslameter, dan catu daya DC (Direct  Current).  Set  up  alat  yang  dipakai  untuk pengukuran  sudut  rotasi  Faraday  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Gambar 1. Set up alat pengukuran sudut rotasi Faraday Keterangan : A = Laser B = Polarizer C = Solenoida D = Sampel E = Power supply DC F = Teslameter G = Analizer H = Photometer
Sumber laser HeNe, polarizer 1, solenoid, polarizer 2 (berfungsi sebagai analizer) dan fotometer diletakkan dalam 1 landasan optik sedemikian hingga berkas laser dapat  melewati  seluruh  bagian  alat  secara  lurus. Sampel  minyak  diletakkan  dalam  wadah  berukuran panjang 3cm dan tinggi 1,5cm, kemudian ditempatkan di dalam solenoida. Pengukuran medan magnet secara seragam dilakukan di bagian tengah solenoid.
Bahan yang digunakan adalah minyak goreng yang terdiri  atas  kemasan  bermerek  dan  minyak  curah. Minyak  goreng  bermerek  yang  digunakan  ada  dua macam (kita sebut merek A dan merek B) dan minyak curah yang diukur juga dua macam (kita sebut curah C dan  D).  Minyak  goreng  bermerek  terbedakan  atas kejernihan  warna  yang  dimiliki,  sedangkan  minyak goreng curah diperoleh
dari dua toko  yang  berbeda.  Disamping  itu,  digunakan
Sari et al, Application of Magneto-optical Characteristic …
aquadest sebagai bahan kalibrasi penentuan konstanta Verdet.
Penyiapan Minyak Goreng Minyak goreng dalam penelitian digunakan dalam berbagai variasi frekuensi pemakaian. Variasi frekuensi pemakaian tersebut  adalah  minyak  goreng  sebelum pemakaian  (0x),  minyak  goreng  setelah  pemakaian pertama  (1x),  setelah  pemakaian  kedua  (2x),  dan setelah  pemakaian  ketiga  (3x).  Pada  setiap  proses penggorengan,  tahap  pemanasan  minyak  dilakukan selama  1  menit  dengan  api konstan,  kemudian dilanjutkan dengan proses menggoreng tempe selama 7 menit. Adapun bahan yang digoreng dalam hal ini adalah  tempe  berukuran  sedang.  Proses  pemakaian minyak goreng dilakukan sama untuk semua sampel minyak goreng yang digunakan yaitu minyak goreng bermerek A dan B, serta minyak goreng curah C dan D.
Pengambilan Data Sudut Rotasi Faraday Pengukuran  sudut  rotasi  Faraday (θ) dilakukan dengan menembakkan sinar laser HeNe (λ=632,8 nm) pada  polarizer,  dimana  polizer  telah  diatur  pada keadaan 0 o terhadap analizer yang keadaannya sama- sama 0 o yang  ditunjukkan  oleh  holder.  Laser  yang telah ditembakkan diteruskan menuju sampel larutan yang  diletakkan  di  dalam  solenoida.  Variasi  medan magnet  yang  dihasilkan  oleh  solenoida  secara bergantian adalah sebesar 50 gauss, 80 gauss, dan 100 gauss  yang  diukur  dengan  menggunakan  teslameter. Berkas laser yang melewati bahan/sampel selanjutnya akan  melewati  analizer  hingga  terdeteksi  oleh photometer.  Seluruh  proses  pengambilan  data dilakukan pada suhu ruang 20 o C.
Pengukuran  pertama  terhadap  intensitas  berkas laser dilakukan pada saat laser melewati sampel minyak goreng  tanpa  diberi  medan  magnet.  Intensitas  yang diperoleh merupakan intensitas maksimum dari laser I. Pengukuran dilanjutkan dengan memberikan medan magnet sebesar 50 gauss kepada bahan. Sudut analiser diputar  sedemikian  hingga  dapat  menghasilkan  nilai intensitas maksimum yang ditunjukkan oleh fotometer (intensitas  diupayakan  mendekati  I).  Pemberian medan  magnet  pada  bahan  (minyak  goreng)  akan menyebabkan sudut polarisasi Laser HeNe mengalami perubahan.  Hal  ini  diindikasikan  dengan  terjadinya penurunan  intensitas  berkas  laser  yang  terbaca  pada photometer.  Dengan  memutar  sudut  analiser,  akan diperoleh  besarnya  intensitas  maksimum  yang
ditransmisikan oleh minyak goreng. Posisi sudut yang ditunjukkan  oleh  analiser  dicatat  sebagai θ1. Pengukuran dilanjutkan kembali untuk variasi medan magnet yang lain.
Analisis Konstanta Verdet Data sudut rotasi Faraday dan medan magnet yang diperoleh  selanjutnya  digunakan  untuk  menentukan konstanta  Verdet.  Parameter  ini  dihitung  untuk seluruh  jenis  minyak  beserta  perlakuan  frekuensi pemakaian  yang  diberikan.  Dengan  demikian,  kita dapat mengetahui hubungan antara konstanta Verdet dengan variasi frekuensi berbagai pemakaian minyak goreng  dalam  bentuk  grafik.  Dari  grafik  tersebut, dapat  diketahui  karakteristik  dan  kebergantungan konstanta Verdet terhadap variasi frekuensi pemakaian minyak goreng.
Untuk  menentukan  konstanta  Verdet  akibat pengaruh  medan  magnet  digunakan  persamaan sebagai berikut:
V= θ BL (1)
θ = Sudut  rotasi  Faraday  (perubahan  sudut  pada analizer dalam radian)
V = Konstanta Verdet ( rad.gauss -1 cm -1 ) B = Medan magnet (gauss) L = Panjang wadah larutan/sampel (cm)
Minyak goreng yang diamati dalam berbagai variasi pemakaian untuk  data  sudut  rotasi  Faraday  diukur sebanyak 5 kali pengulangan. Tingkat presisi terhadap hasil  pengukuran  dilihat  berdasarkan  ketidakpastian hasil pengukuran menggunakan standar error (SE).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Sudut  Rotasi  Faraday  Minyak  Goreng  pada Variasi Frekuensi Pemakaian Pada  saat  laser  melewati  sampel  minyak  goreng terjadi  perubahan  sumbu  polarisasi  (diukur  sebagai sudut  rotasi  Faraday)  dari  laser  di  dalam  bahan. Besarnya  sudut  rotasi  yang  dihasilkan  nilainya dipengaruhi  oleh  medan  magnet  eksternal  yang dikenakan pada bahan. Nilai sudut rotasi Faraday pada berbagai  variasi  frekuensi pemakaian  untuk  3  variasi medan magnet eksternal ditunjukkan pada Tabel 1.
Berdasarkan  tabel  tersebut  diketahui  hubungan antara  sudut  rotasi  Faraday  dengan  variasi  medan
Sari et al, Application of Magneto-optical Characteristic …
magnet  dan  hubungan  antara  sudut  rotasi  Faraday dengan variasi frekuensi pemakaian. Nilai sudut rotasi Faraday  semakin  besar  seiring  dengan  semakin besarnya  medan  magnet  yang  diberikan.  Hal  ini terlihat  dari  nilai  sudut  rotasi  Faraday  berdasarkan medan magnet variasi 50 gauss pada variasi pemakaian sebelum digunakan memiliki nilai rotasi Faraday yang paling  kecil  untuk  semua  sampel  minyak  goreng. Sedangkan  pada  variasi  medan  magnet  100  gauss memiliki nilai sudut rotasi Faraday yang paling besar. Hal  ini  menunjukkan  bahwa  medan  magnet  akan mempengaruhi  keadaan  sudut  rotasi  Faraday  dari gelombang  elektromagnetik  hingga  menyebabkan perubahan  sudut  rotasi  cukup  besar  pada  minyak goreng.
Variasi  frekuensi  pemakaian  minyak  goreng memberikan  pengaruh  terhadap nilai  sudut  rotasi Faraday  yang  didapatkan.  Semakin  sering  minyak goreng  digunakan  untuk  menggoreng,  maka  sudut polarisasinya akan semakin besar. Hal ini terjadi karena proses pemanasan berulang telah mengubah sifat-sifat fisik  dari  minyak  goreng itu  sendiri  yaitu warna  dan kekentalan,  sehingga  sifat  optik  dan  sudut  polarisasi pada minyak goreng mengalami perubahan [3].
Konstanta  Verdet  Minyak  Goreng  pada  Variasi Frekuensi Pemakaian Pengukuran  sudut  rotasi  Faraday  diawali  dengan melakukan  kalibrasi  polarimeter  menggunakan aquades.  Nilai  sudut  rotasi  aquades  kemudian digunakan  untuk  menghitung  konstanta  Verdet  dari aquades  yaitu  sebesar 23x10 -5 radgauss -1 cm -1 . Kemudian  nilai  konstanta  Verdet  aquades dibandingkan dengan hasil eksperimen yang dilakukan oleh Sayan (1997), yaitu sebesar 1,3x10 -5 radgauss -1 cm -1 [7]  dan  menghasilkan faktor koreksi konstanta Verdet sebesar 0,0565. Nilai faktor  koreksi  ini  kemudian  diterapkan  untuk  setiap penentuan  konstanta  Verdet  dari  semua  sampel minyak goreng yaitu minyak goreng bermerek A dan merek  B,  dan  minyak  goreng  curah  C  dan  curah  D pada  berbagai  variasi  frekuensi  pemakaian.  Profil kenaikan nilai konstanta Verdet dari 4 macam minyak
goreng  pada  berbagai  frekuensi  pemakaian ditunjukkan pada Gambar 2.
Gambar  2.  Grafik  hubungan  frekuensi  pemakaian minyak goreng dengan konstanta Verdet Secara  umum,  frekuensi  pemakaian  hinga  3  kali pakai  pada  minyak  goreng,  baik  pada  jenis  minyak bermerek maupun minyak curah menunjukkan trend peningkatan  pada  nilai  konstanta  Verdet.  Hal  ini bersesuaian  dengan  sudut  rotasi  Faraday  yag meningkat  cukup  signifikan  seiring  dengan peningkatan  frekuensi  pemakaian.  Frekuensi pemakaian  minyak  goreng  setelah  tiga  kali penggunaan  dapat  memutar  sudut  rotasi  Faraday sangat  besar  dibandingkan  dengan  frekuensi pemakaian minyak goreng sebelum digunakan [8].
Kenaikan  nilai  konstanta  Verdet  dari  dua  jenis minyak  goreng  bermerek  dan  curah  memiliki  nilai yang  berbeda  sehingga  membuat  grafik  meningkat . Nilai  konstanta  Verdet  minyak  goreng  setelah pemakaian  pertama  dan  pemakaian  kedua  relatif konstan untuk keempat sampel minyak goreng dimana nilai relatif konstan yang dimaksud adalah selisih nilai untuk  minyak  goreng  pemakaian  pertama  ke pemakaian kedua untuk setiap sample minyak goreng dengan variasi medan magnet yang berbeda kecil.
Sari et al, Application of Magneto-optical Characteristic …
Tabel 1. Sudut rotasi Faraday dari minyak goreng pada berbagai variasi frekuensi pemakaian
Jenis Minyak Goreng Frekuensi Pemakaian Sudut Rotasi Faraday (rad) 50 gauss 80 gauss 100 gauss Merek A 0 0,199±0,004 0,251±0,004 0,297±0,006 1x 0,279±0,006 0,380±0,009 0,422±0,003 2x 0,307±0,004 0,422±0,007 0,513±0,004 3x 0,405±0,003 0,551±0,004 0,652±0,004 Merek B 0 0,255±0,004 0,335±0,007 0,363±0,003 1x 0,314±0,006 0,398±0,007 0,474±0,007 2x 0,391±0,004 0,513±0,004 0,631±0,007 3x 0,495±0,004 0,687±0,004 0,816±0,007 Curah C 0 0,290±0,004 0,377±0,004 0,405±0,007 1x 0,377±0,004 0,468±0,007 0,534±0,004 2x 0,502±0,007 0,551±0,004 0,722±0,004 3x 0,572±0,003 0,754±0,007 0,963±0,007 Curah D 0 0,370±0,007 0,440±0,007 0,495±0,007 1x 0,485±0,007 0,548±0,004 0,618±0,004 2x 0,593±0,003 0,680±0,004 0,837±0,004 3x 0,733±0,004 0,925±0,004 1,134±0,007
Untuk  pemakaian  ketiga  nilai  konstanta  Verdet minyak  goreng  bermerek  berbeda  dengan  minyak goreng curah. Pada minyak goreng bermerek A dan merek  B,  nilai  konstanta  Verdet  memiliki  nilai  yang relatif konstan dari pemakaian kedua meskipun nilai dari pemakaian kedua ke pemakaian ketiga mempunyai selisih nilai yang cukup besar. Akan tetapi pada minyak goreng curah C dan curah D, nilai konstanta Verdet terjadi kenaikan yang cukup signifikan karena selisih nilai dari pemakaian kedua ke pemakaian ketiga sangat besar. Hal ini terjadi karena minyak goreng bermerek umumnya menggunakan dua kali proses penyaringan. Kadar  lemak  dan  asam  oleat  yang  rendah  sehingga membuat  minyak  goreng  bermerek  lebih  jernih  dan lebih  banyak  mengandung  vitamin  [1].  Sedangkan untuk  minyak  goreng  curah,  umumnya  hanya menggunakan  satu  kali  proses  penyaringan,  kadar lemak  dan  asam  oleat  yang  lebih  tinggi  sehingga membuat minyak curah tidak sejernih minyak goreng bermerek dan terkesan lebih keruh warnanya sehingga memiliki respon perubahan medan magnet yang lebih besar  yang  dapat  mempengaruhi  nilai  konstanta Verdet yang juga besar. Semakin sering minyak goreng digunakan  untuk  menggoreng,  kekentalan  minyak goreng mengalami penurunan karena pemanasan yang sering dilakukan. Hal tersebut telah mengubah sifat- sifat fisik pada minyak goreng seperti warna, bau dan
kekentalan [3]. Dari sini, dapat kita lihat bahwasanya kualitas  minyak  goreng  yang  dilihat  berasarkan frekuensi pemakaian dapat diidentifikasi berdasarkan konstanta Verdet yang dimiliki oleh bahan.

## KESIMPULAN
Konstanta  Verdet  minyak  goreng  dapat dipengaruhi  oleh  variasi  frekuensi  pemakaian. Pemakaian  minyak  goreng  hingga  sebanyak  tiga  kali menyebabkan  perubahan  cukup  besar  pada  sudut rotasi  Faraday.  Hal  ini  mengakibatkan  konstanta Verdet  minyak dari  setiap  pemakaian  mengalami perubahan cukup signifikan. Perbedaan nilai konstanta Verdet  dapat  menjadi  indikator  kualitas  dari  minyak goreng hingga 3 kali pemakaian.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Wijaya,  S.  2005. Mengolah  Minyak  Goreng  Bekas. Surabaya: Trubus Agrisana. [2] Pujiyanto.  2007. Materi  Kuliah  Kewirausahaan  untuk Topik  Instrumentasi  Optic:  Alat  Ukur  Kadar  Gula Alternatif Lain . https://answers.com/topic/electrooptics?cat=techn ology. [Diakses pada: 17 April 2008].
Sari et al, Application of Magneto-optical Characteristic …
[3] Ketaren, S. 1986. Pengantar Teknologi Minyak dan Lemak Pangan. Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia.
[4] Sumantri,  A.  B.,  S.  I.  Utomo,  dan  Setiawan.  2006.
“Pengaruh  Konsentrasi  Larutan  Terhadap  Nilai Tetapan  Verdet  dengan  Metode  Pengukuran Intensitas  Cahaya  (Rotasi  Faraday)”. Jurnal  Fisika Indonesia : 95-105.
[5] Sugiyarni, A. 2010. Penentuan Konsentrasi Glukosa dalam Gula Pasir Menggunakan Metode Efek Faraday . Surakarta: Universitas Sebelas Maret Surakarta.
[6] Ali, A. S., D. A. Reiam, dan A. A. Anwar. 2000. Verdet Constant Measurement of  Olive Oil for Magnetic Field Sensor . Iraq: Ministry of  Science an Technology . [7] Sayyan, K R. 1997. Faraday Effect Rotation for Water and Flint  Glass .  Physics  Department,  The  College  Of Wooster, Wooster, Ohio 44691 . [8] Nailatussaadah.  2009. Pengamatan  Perubahan  Sudut Polarisasi Cahaya pada Medium Transparan dalam Medan Radio  Frequency  Sebagai  Salah  Satu  Parameter  Kualitas Minyak .  Semarang,  Fakultas  MIPA,  Universitas Diponegoro.