View
71
Download
11
Category
Preview:
DESCRIPTION
ad
Citation preview
LAPORAN PENELITIANPENELTTTAN DASAR (trTSAR) ttNPAr)
Iudul
SPEKTROSKOPI INFRA MERAH UNTUK MENENTUKAN KADARGLUKOSA
KETUAANGGOTA IANGGOTA II
Oleh:: FIARDOYO HARDJO, M.Eng.Sc.: I MADE JONI, S.Si., M.Sc: TUTI ARYATI D, M.S.
Dibiayai oleh Dana DIPA Universitas PadjadjaranTahun Anggaran 2007
Berdasarkan DIPA No. 25 l.D/J 06.1 4lLP lPLl2007Tanggal 2 Apnl2007
LEMBAGA PENELITIANUNIVERSITAS PADJADJARAN
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Padj adj aran
G#ru\rsvgz
r 3l7P I'
Nopember 2007
LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN
LAPORAN AKIIIR PENELITIAN DASAR (LITSAR) T]NPAI}
SUMRER DANA DIPA UNPAD
TAHUN ANGGARAN 2OO7
Ketua Penelitia. Natna lengkaP dan Gelarb. Jenis Kelaminc. Pangkat/Goli NIPd. Jabatarr fungsionale. ljakultas/Jurttsan
Hardoyo Hardjo, Drs., M-Eng.Sc.
Penata llllcll3} 516 297LektorMIPA/FisikaFisika
Ju*sun Fis!
f . Bidang l lmu Yang Ditel i t i
iunrlah Tirn Penelit i
c. lc lcPon/ l :aks/e-nrai l
6 Jangka Waktu Penel i t ian : 8 bulan
1 Biat'a Penelitian
Bandung, l5 NoPernber 2007
Ketua Perrel i t i .
Hardovo Hardjo. Drs.-N4.Ens.Sc'NIP. I 3A 516 297
Menyetujuitua Lembaga Penelitian
I "
J"drf penelitian- ntuk MenentukanKadar Glukosa
b. Macam Penelitian : TeraPan
la l lu l :
ultas MIPA
130 367 261
130 937 900
ABSTRAK
Pengukuran konsentrasi gula darah dengan metode konvensiottal (pengambilan
sampel darah) membuat pasien merasa sakit karena keperluan pemantauan pengukuran
sering dilakukan berulang-kali. Salah satu solusi alternatif untuk pengukuran kadar gula
darah yang ditawarkan dalam penelitian ini adalah metoda analisis spektroskopi
inframerah. Dengan metode spektroskopi inframerah, tidak hanya konsentra,,t gula
darah (kuantitatif) yang diketahui, namun kandungan struktur ikatan pembentuk
gulukosapun dapat diprediksi. Spektroskopi inframerah konvesioanal rnemerlukan
perapgkat 6prik sr'bagai rnonokromator dari sumber inframerah. Metode yang
digunakan adalah ntetode pulsa atau dornain rvaktu -r'aitu dengan menggantikan
rnonokromaror lcrsebur de ngan ranekaian elektronik. Telah berhasil dirancang
rangkaian pemancar dan penerima infranrerah, sena rangkaian akusisi berupa
pengkondisi sinyal dan ADC. Spektrum inframerah hasil absorpsi sampel didapatkan
dengan melakukan FFT pada data hasil perekaman sinl'al inframerah yang dileu'atkan
oleh sarnpei. Analisis kua!itatif dan kuantitatif drlakukan berdasarkan puncak'pttncak
spektrurn absoprsi. Hasil analisis kuali tat i f menu;ukkan bahwa dari sepuiuh jenis
kornbinasi vibrasi ikatan r:rolekul yang ada, hanya delapan yang dapat diidentifikasi.
Sedangkan untuk analisis kuantitatif menujukkan rantang tingkat ketelitian 83-98 %-
Dapat disirnpulkan b_ahs'a spektroskopi inframerah yang dibuat telah berhasil
melakukan analisis kualitatif dan kuantitatif pada sampel glukosa.
ABSTRACT
Measurernent of glucose coenhation using konvensional rnethods used to hurt patien
since for the monitoring purposes measurement is frequently repeated. The alternatif
solution proposed in this research is using the analysis base on infrared (lR)
spetoscopy. The IR spectroscopy methods not only able to know the concentration of
the sample but also their structure of gulucose. Convensional infrared spectroscopy
need optical monocromator to treat source of IR before applied to sample. Pulse
methcds used instead of using monocromator with the aid of etectronic device for pulse
generator. The lR spectroscopy system proposeC has been successfully designed and
deveteped along .,vith their signal condisioning and ADC. Qualitat i f and qunatitat i f
analysis was done based on the spectnrm of peak absorption. Qualitatif analysis result
show that from thc ten vibration ol'nrolecular bonding. eight vibration rvasdetected. On
the other hand, quantitatif analysis shorv that the accuracv o{'nreasttrelnent are 83-98%.
It is concluded that the infra-red speclroscopl design has been sucessful!1 done the
qualitat i f arrd quarit i tat i f anallsis on glucose sanlple.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan
hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul
"spektroskopi Infiamerah Untuk Menentukan Kadar Glukosa -
Penulis mengucapkan terima kasih kepada pemberi dana proyek DIPA Universitas
Padjadjaran, Tahun Anggaran 2007 yang telah memberi dukungan untuk terlaksananya
penelitian ini.
penutis juga berrerima kasih kepada Airika mahasisrva Fisika angkatan 2000 yang telah
melakukan penelitian pendahuluan pada skripsinya ientang pernodelan spektrum
gluk,rsa dengan menggunakan pulsa. Penulis luga'benerirna kasih kepada Arni
rnahasiswa fisika angkatan 2000 lang tclah melanjutkan penelitian rekonrendassi
penelitian lanjutan dari Airika yaitu dengan membangun perangkat keras dan
melakukan pengarnbilan data sanrpcl. Pcnulis juga hertcrinra kasih kepada scltrrtth
civitas a[:ademika jurusan {isika atas lasilitas alat-alat <Jan bantuannya selama
penelitian. Akhir kata, semoga hasil penelitian ini bermanfaat basi kita semtta.
Bandung, Nopember 2007
Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK
ABSTRACT
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
I. PENDAT{ULUAN
Ii. TINJAU,A.N PUSTAKA
III. TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN
IV. METODE PENELITIAN
V. HASIL PEMBAHASAN
VI. KESIIUPULAN
VII. DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
Halaman
2
J
A
5
6
-
8
9
l8
20
l6
36
31
38
DAF"TAR GAMBAR
Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Penampang Dioda Pemancar Cahaya
Rangkaian Dasar Pengubah Arus ke Tcgangan
Diagram Blok Sistem Pengukuran
Monomer D-glukosa pada larutan encer
Diagram Blok Spektroskopi Inframerah
Diagram Blok Sistem Pengukuran Kadar Glukosa
Rangkaian Pemancar Inframerah
Rangkaian Penerima Inframerah
Rangkaian Lengkap Pemancar cian Penerima Sinar Inframerah
Tampilan Perekam Sinyal Input
Tampilan Rekarnan Sinyak Output untuk Konsentrasi l07o
'l'ampilan Rekaman Siyal Output untuk 207o
Plot Sinyal lnput dan Output Hasil FFT untrkkonsentrasi l0o.;i,
Grafik Respon Sistem Bergantung Frekuensi untul< Konsentrasi
t0%
Spektrum Glukosa dengan ikatan lvlasing-masing
Spektrum Glukosa dengan nama lkatan-ikatan Untuk
Konsentrasi 20%
Spektrum Glukosa dengan Nama Ikatan lr,laisng-masing untull
Konsentrasi l0%
Spektrum Glukosa dengan Nama Ikatan Maing-masing untuk
Konsentrasi 40Yo
Spektrum Glukosa dengan Nama Ikatan N4asing-masing untuk
Konsentrasi 50%
Grafik Konsentrasi terhadap Luas Spektrum masing-masing puncak
Ha!aman
Gambar l.
Gambar 2.
Cambar 3.
Gambar 4
Gambar 5
Cambar 6
Cambar 7
Cambar 8
Gambar 9
Gambar l0
Gambar I l
Gambar 12
Gambar l3
Gambar 14
Gmabar 15
Gambar l6
Gambar 17
Gmabar l8
Cambar 19
Gambar /0
Gambar 2l
'7
t2
t5
l6
t7
20
2l
2l
22
26
26
27
28
29
30
-\:
)3
33
34
35
Tabel l.
Tabel2.
Tabel 3.
Tabel 4
Tabel 5
Tabel 6
Tabel 7
DAFTARTABEL
Jangkauan Spektrum Gelombang Elektromagnetik
Frekuensi puncak pitaatrsorpsi ikatan untuk konsentrasi l0 %
Frekuensi puncak pita absorpsi ikatan untuk konsentrasi 20 Yo
Frekuensi puncak pita absorpsi ikatan untuk konsentrasi 30 %
Frekuensi puncak pitaabsorpsi ikatan untuk konsentrasi 40 7o
Frekuensi puncak pita absorpsi ikatan untuk konsentrasi 50 %
Perhiungan Konsentrasi Larutan Glukosa
Halaman
lt
30
3l
Jt
31
3l
36
1 . PENDAHT'LUAI\
Kadar glukosa darah adalah suatu nilai hasil pemeriksaan jumlah miligram glukosa
yang terdapat dalam tiap desiliter darah. Biasanya kadar gula darah seseorang dikaitkan
dengan penyakit diabetes mellitus atau kencing nranis. Diabetes merupakan penyakit
yang trerbahaya untuk banyak orang yang menderitanya karena penyakit tersebut dapat
menyebabkan komplikasijangka panjang. Mereka yang beresiko tinggi terkena diabetes
adalah orang yang berumur lebih dari 45 tahun, kelebihan berat badan (obesitas).
hipertensi (lebih dari 140/90 mmHg), memiliki riwayat diabetes pada keluarga.
kolesterot tinggi (HDL lebih dari 35 mg/dL). Jika seseorang didiagnosa terkena
diabetes, maka kadar glukosa, berat badan, tekanan darah, kadar lemak orang teresebut
harus dikendalikan dan orang tersebut Oleh karena itu pengukuran kadar gula darah
sangat penting untuk dilakukan.
Dalam terapi, rata-rata kadar glukosa harus dalam keadaan normal, jika kadar
glukosa kurang dari rata-rata maka perlu diberikan hormon insulin dan jika kadar
glukosa melebihi rata-rata penderita harus menjalani program diet. Pemberian insulin
tidak cukup untuk menaikkan dan menurunkan kadar glukosa, jika pemberiannla
berlebihan dapat menyebabkan kerusakan jaringan metabolisme yang pada akhimla
akan menimbulkan kematian.
Cara yang biasa digunakan untuk memeriksa kandungan glukosa adalah dengan
mengambil sampel darah dari sekeliling pembuluh darah. Meskipun akurasinya cukup
baik, namun hal tersebut dapat menyebabkan rasa sakit dan kemungkinan terjadinl'a
kerusakan jaringan pada penderita. Oleh karena itu dibutuhkan metode baru yang tidak
menykiti pasien dalam memonitor kadar glukosa. Dengan iersedianya metode baru
tersebut, memungkinkan pasien mengukur dan mengontrol kadar glukosanya lebih
seriirg sehingga upaya pencegahan penyakit lebih dini dapat dilakukan.
Berdasarkan latar beakang masalah di atas maka kami mengusulkan suatu metode
pengukuran kadar giukosa baru yang tak merusak dan tak menyakiti (non-destructive
dan non-invasive). Metode yang memenuhi sifat non-invasive dan non-destructive
seperti yang diharapkan adalah spektroskopi infra merah. Dengan demikian masalah
yang dapat diidentifikasi pada penelitian ini antara lain adalah
l. Bagimana merancang sistem akuisisi data menggunakan metode
spektroskopi inframerah yang dipilih'
Sinyal infrared memiliki panjang gelombang 1000-2500 nm dengan
frekuensi sinyal carier 30 KHz sampai 40 KIlz. Maka jelaslah bahwa
masalah yang timbul adalah bagaimana mendesain sistem pengkondisi
sinyal yang mampu menmnsmisikan sinyal inframerah.
Bagaimana kadar glukosa darah normal dan bagaimana jika terjadi
penyimpangan pada kadar glukosa tersebut
Bagimana mendapatkan informasi kadar glukosa sebagai medium yang
dilalui inframerah dengan menggunakan sensor infrared
Bagaimana menganalisis isyarat sinyal output dan karakteristik dari
glukosa pada sistem spektroskopi ini
2. TINJAUAN PUSTAKA
Spektroskopi merupakan suatu metode analisis yang menggunakan prinsip
absorpsi, emisi dan hamburan radiasi elektromagnetik oleh atom atau molekul. Saat ini
dikenal empat teknik spektroskopi 1'ang dapat digunakan untuk analisa struktural, yaitu
spektroskopi ultraviolet, spektroskopi inframerah dan spektroskopi resonansi magnetik
inti (nuclear magnetic resonance specftoscopy), serta spektrometri massa. Dengan
menggunakan metode-metode analisa tersebut di atas, suatu molekul, baik molekul
sederhana maupun molekul kompleks dapat diidentifikasi dengan resolusi tinggi tanpa
menimbulkan kerusakan pada molekul uji. Disamping itu, sampel yang dibutuhkan
hanya dengan beberapa nanogram sampai satu miligram.
2.1. Karakteristik sinar inframerah
Sinar infra rnerah dihasilkan oleh elektron dalam molekul-molekul yang
bergerak karena benda dipanaskan. Oleh karena itu, setiap benda panas dapat
memancarkan sinar infra merah dengan intensitas yang dipancarkan bergantung pada
suhu dan warna benda. Sinar infra merih merupakan suatu bentuk cahaya yang tidak
nampak oleh penglihatan manusia tetapi dapat dirasakan, misalnya raciiasi yang
dihasilkan oleh benda panas yang dapat dirasakan oleh kulit. Radiasi infra merah
rnerupakan bentuk gelombang elektromagnetik. Jenis gelombang dalam spektrum
gelombang elektromagnetik dibedakan berdasarkan frekuensi atau panjang
gelombangnya. Spektrum gelombang elektromagnetik beserta pembagian jenis
gelombang berdasarkan frekuensinya dimuat pada Garnbar l. sedangkan berbagai
z.
J.
4.
5.
jangkauan frekuensi yang terdapat dalam spektum gelombang elektromagnetik dimuat
padaTabel l.
VbtU€ugtrt
t rl}k t0I
i lt
MFI*.
rll
lflftar€d
Gambar l. Spektrum Celombang Elektromagnetik
Tabel l. Jangkauan Spektrum gelombang Elektromagnetik
Radiasi sinar infra merah terdapat dalam rentang panjang gelombang 0,761un
sampai l000pm. Infra merah dibagi kedalam tiga rentang, yaitu infra merah dengan
panjang gelombang pendek, menengah dan panjang. Infra merah dengan panjang
gelombang pendek berada pada spektrum 0,76pn sampai 2W, infra merah menengah
mulai dari 2pt sampai 41un , sedanglqan infra merah panjang mulai 4pr sampai
i0trm.
2.2. Dioda pemancar radiasi inframerah
Dioda yang dapat memancarkan cahaya (light emitting diode : LED) adalah
dioda sambungan (junction) yang memancarkan cahaya bila arus dilewatkan melalui
sambungan dalam kondisi bias-maju (forward biased). Salah satu sisi dioda adalah
I
I
Snektrum EM Frekuensi (Hz) Jangkauan Frekuensi
Radio
30 - 300 ELF (extreme ly t ov, freque ncv')
300 - 3.103 YF (voicefrequenq,)
r .103 - : .104 Y LF (r'e ry I otr lreq ue ncy\
r .101 - : .105 LF (lowfrequency)
1.105 -r .106 MF (meciiumfi'equency)
1.106 - : .10' HF (highfrequency)
J l0 ' -3 108 VHF (r'er7 high f'equencl')
3 108-3 10e UHF lult ra high fi'equency)' : .108 -r . l0e SHF (supei high fi'equency)
: . l0e - : .10'o EHF {e x t re me Iy H i gh freq ue ncy\
Infra Merah
3. l0ro - 3. l0r l Infra Merah jangkauan jauh
3. l0rr- : .10r2 Intta Merah jangkauan menengah
3. 10t2 - 3.1013 Infra lvierah jangkauan dekat
10"
bahan semikonduktor jenis-p yang mengandung sejumlah lubang atau hole, sisi yang
lainnya adalah semikonduktor jenis-n yang m€ngandung elektron penghantar bebas.
Pada bias nol, suatu daerah pengosongan (depletion zone) memisahkan kedua
bagian dimana pada daerah ini terdapat suatu potensial penghalang (barier potensial)
dan juga terdapat sejumlah elektron-elektron dan lubang-lubang yang telah
dihilangkan. Bila pada sambungan tersebut diberikan tegangan bias maju yang cukup
untuk mengatasi potensial penghalang tersebut, maka daerah pengosongan akan
menghilang dan lubang-lubang bebas akan bergerak melewati sambungan ke dalam
daerah semikonduktor jenis-n, sementara elektron-elektron bebas bergerak ke dalam
daerah jenis-p, dimana mcreka adaiah pembawa-pembawa minoritas (minority carrier).
Bila sebuah elektron dan lubang bertemu dan berkombinasi kembali, maka
mereka akan memancarkan sebuah foton cahaya yang memiliki tingkat energi yang
sesuai dengan besarnya energi semula yang diperlukan untuk membebaskan elektron
untuk konduksi. Banyaknya atau intensitas cahaya yang dipancarkan tergantung pada
pembawa minoritas yang tersedia untuk berkombinasi, yang pada gilirannya tergantung
pula pada arus konduksi maju (fon+'ard canduction current) pada dioda.
Iipe-pdceroh oktifIipe-n
(a)(a) (b)
Gambar 2. Penampang Dioda Pemancar Cahaya (a) Distribusi pembarva muatandi dalam sebuah dioda semikonduktor (b) Dioda LED
2.3. Fotodioda sebagai penerima inframerah
Komponen yang dapat menerima radiasi inframerah merupakan komponen yang
peka cahay4 dapat berupa dioda (fotodioda) atau transistor (fototransistor). Komponen
tersebut akan mengubah energi-cahaya, dalam hal ini energi cahaya inframerah diubait
menjadi pulsa-pulsa listrik. Agar pulsa sinyal listrik dapat dihasilkan, komponen aktif
fotodioda harus mampu mengumpulkan sinyal-sinyal inframerah sebani'ak mungkin-
l l
Oleh karena itu, fotodioda harus memiliki pengumpul cahaya (ight collector) yang
cukup baik. Pada prakteknya intensitas sinyal inframerah yang diterima oleh sensor
sangat kecit, sehingga sinl,al tersebut perlu dikuatkan. Agar sinyal listrik yang
dihasilkan oleh sensor inframerah tidak terganggu oleh sinyal cahaya lain maka sinyal
listrik yang dihasilkan harus difilter pada frekuensi sinyal carrier (30 KHz sampai 40
KHz).
Sinyal inframerah yang diterima oleh receiver merupakan sinyal inframerah
yang termodulasi. Pemodulasian sinyal data dengan sinyal carrier dengan frekuensi
tertentu akan memperjauh transmisidata sinyal infra.
Kornponen fotodetector memiliki karakteristik seperti :;olar cell, yang mengubah
energi cahaya menjadi energi listrik. Jika fotodetektor menerima cahaya rnaka fotodioda
tersebut akan menghasilkan tegangan sekitar 0,5 volt sedangkan arus yang dihasilkan
bergantung pada intensitas cahaya yang rnasuk pada fotodetektor tersebut.
Konfigurasi fotodetektor yang umum dipakai adalah teknik yang dikenal sebagai
bias terbafik (re^sened biased atau photoconductive motie). Pada mode bias terbalik.
fotodetektor diLrias dengan tegangan external mulai dari beberapa volt sampai sekitar 50
volt (ditentukan karakteristik fotodetektor). Jika karakteristik fotodetkctor tidak
diketahui maka bias tegangan dapat diberi 12 V agar tegangan yang diberikan tidak
meru sak fotodetektor tersebut.
Ketika fotodetektor memperoleh cahaya inframerah maka arus bocor yang
terjadi relatif kecil. Besar kecilnya arus bocor tersebut bergantung dari intensitas cahaya
inframerah yang mengenai fotodetektor tersebut.
Sebuah fotodioda memiliki karakteristik yang lebih baik daripada fototransistor
<ialam responnya terhadap cahaya inframerah. Biasanya fotodioda memiliki respon 100
kali iebih cepat daripada fototransistor dengan kemasan plastik transparan yang juga
berfungsi s-ebagai lensa fresnel. Lensa tersebut merupakan lensa cembung yang bersifat
mengumpulkan cahaya. Lensa tersebut _iuga dikenal dengan filter cahaya, yang hanya
melewatkan cahaya inframerah saja. Walaupun demikian, cahaya tmpak pun masih
berpeluang mengganggu kerja dari dioda inframerah karena tidak semua cahaya nampak
dapat difilter dengan baik. Oleh karena itu sebuah penerima inframerah (receiver
inframerah) memfilter sinyal sebesar 30 KHz sampai40 KHz.
12
Pendeteksi cahaya yang terdapat dalam fotodioda disesuaikan dengan panjang
gelombang sumber pembangkit cahaya, hal tersebut dilakukan untuk membedakan
antara cahaya yang berasal dari sumber yang satu dengan yang lain. Hubungan antara
panjang gelombang cahaya dan energi foton yang diuraikan sebagai dalam persamaan l.
hcu, =-T ( l )
dengan En =
h-
Energi photon (joule )
6.62x10-toJ.s : konstanta Planck
3.0xlA8 m / s : kecepatan cahaya
Cara kerja fotodioda berdasarkan pada efek kuantum. Jika pada lapisan
semikonduktor tipe-pn yang mendapat bias mundur, maka cahaya yang diserap akan
mengakibatkan elektron tereksitasi menuju pita konduksi. Adanya pembarva minoritas
yang dihasilkan di daerah sambungan pada daerah deplesi, memiliki efek dan kontribusi
yang besar terhadap anrs balik yang dihasilkan. Hubungan antara arus balik in
foiodioda terhadap intensitas cahaya 14/ , adalah :
i r : K. .W (2)
dimana, K" adalah lbktor sensitivitas.
Daerah sambungan semikonduktor harus sedekat mungkin dengan permukaan
(tipe-p) karena cahaya akan diserap ketika cahaya tersebut rnelewati bahan silikon.
Karena chips fotodioda standar memiliki ukuran yang kecil, maka pada biasanya
dipasang sebuah lensa kaca atau plastik untuk menfokuskan cahaya yang diterima.
Lensa tersebut juga dapat mengurangi masuknya berbagai cahaya yang tidak
dikehendaki, sepeiti cahaya yang berasal dari sinar matahari atau lampu fluorescent(berfrekuensi 120 Hz).
Intensitas cahaya dapat dinyatakan sebagai jumlah energi yang dipancarkan oleh
sumber dalam tiap detik, dengan satuan Watt.lntensitas cahaya juga dapat diciefinisikan
sebagai energi atau flux radiasi. Biasanya intensitas cahaya dinyatakan dalam satuan
photometric seperti candela (cd) atau lumens (lm) yang didasarkan atas tingkat
terangnya cahaya yang dapat ditangkap oleh mata. Rangkaian dasar pengubah arus ke
tegangan dan grafik hubungan intensitas cahaya terhadap arus balik dimuat pada
Gamabar 3.
t3
Itlp
(a)
^ 8oo
i ooo
SE cooO!>!&3 zoo
4000 6C0olumens1m2(l ux)
z 000
(b)
CarnSar 3. (a) Rangkaian dasar pengubah arus ke tegangan (b) Grafik hubungan intensitas cahaya
terhadaP arus balik
2.4. Unit Pengukuran
posisi absorpsi dalam pengukuran spektroskopi inframerah direkam sebagai
panjang gelombang f 6.rm). Skala panjang gelombang selalu ditampilkan dalam seluruh
spektrum inframerah. Namun, saat ini seringkali spektrum inframerah dikutip sebagai
bilangan gelombang u yang sama dengan jumlah panjang gelombang per cm
(berbanding terbatik dengan panjang gelombang). Hubungan antara panjang
ge lcmban gan den gan bilangan gelombang dinyatakan sebagai:
u = l/1"
dengan : u: bilangan gelombang (cm-l).
2.5. Sistem Pengukuran
Dalam suatu pengukuran dibutuhkan instrumen yang dapat mengubah besarab
dari suatu besaran fisis menjadi suatu besaran yang kita kehendaki' Sebuah insffumen
dapat didefinisikan sebagai sebuah alat yang digunakan untuk menentukan nilai atau
l4
besaran dari suatu kuantitas atau variabel. Sistem pengukuran umumnya terdiri atas tiga
elemen utama yaitu masukan (input), pengkondisi sinyal atau pengolah sinyal dan
keluaran (output). Diagram blok system pengukuran diperlihatkan oleh Gamabr 4.
Besaran Fisis
Gambar 4. Diagram Blok Sistem Pengukuran
Hal-hat yang perlu diperhatikan dalarn proses pengukuran instrumen antara lain
ketef itian (accuracy), ketepatan Qtrecision), sensitivitas (sen.sitit'ity)' resolusi
(re s ol u I ion) dan kesalah an (.e rror) -
2.6. Glukosa
Glukosa merupakan bahan penyusun struktur gula yang memiliki rumus molekul
CeHrzQo, dengan massa molekul 180. t57. Glukosa dapat dijumpai dalarn keadaan bebas
maupun dalam bentuk kombinasi. Pada tumbuhan, glukosa diproduksi dari karbon dan
air melalui proses fotosintesis, )'ang kemudian ditransformasikan dalam tubuh
tumbuhan dan binatang menjadi jenis karbohidrat yang berbeda, yang meliputi
monosakarida disakarida maupun polisakarida'
D-glukosa dikenal memiliki dua struktur siklik yang berbeda, yaitu a-D-glukosa
dan B-D-glukosa. Sebagai molekul hidrofilik' glukosa selalu muncul sebagai larutan
dalam air. Gambar 5 menampilkan larutan monosakarida yang mengandung 5 bentuk
monomerik _D-glukos4 yaitu p-D-piranosa-glukosa (62'6 %)' cr-D-piranosa-glukosa
(37.3 %) dan p-D-furanosa-glukosa (0.1%) sebagai tambahan adalah konsentrasi 'r-D-
furanosa-glukosa dan D-glukosa asiklik. Jika sebuah monomer glukosa murni
dilarutkan dalam air, maka akan terjadi mutarotasi sampai tercapai keadaan
kesetimbangan antar monomer.
l5
Keluaran
(output)
besaran dari suatu kuantitas atau variabel. Sistem pengukuran umumnya terdiri atas tiga
elemen utama yaitu masukan (input), pengkondisi sinyal atau pengolah sinyal dan
keluaran (output). Diagram blok system pengukuran diperlihatkan oleh Gamabr 4.
Besaran Fisis
Gambar 4. Diagram Blok Sistem Pengukuran
Hal-hat yang perlu diperhatikan dalarn proses pengukuran instrumen antara lain
ketelitian {accuracy), ketepatan Qtrecision), sensitivitas (sensitit'ity), resolusi
(re s ol u I ion) dan kesalah an (.e rrar).
2.6. Glukosa
Glukosa merupakan bahan penyusun struktur gula yang memiliki rumus molekul
CeHrzoo, dengan massa molekul 180.157. Glukosa dapat dijumpai dalarn keadaan bebas
maupun dalam bentuk kombinasi. Pada tumbuhan, glukosa diproduksi dari karbon dan
air melalui proses fotosintesis, )'ang kemudian ditransformasikan dalam tubuh
tumbuhan dan binatang menjadi jenis karbohidrat yang berbeda, yang meliputi
monosakarida disakarida maupun polisakarida'
D-glukosa dikenat memiliki dua struktur siklik yang berbeda, yaitu a-D-glukosa
dan B-D-glukosa. Sebagai molekul hidrofilik, glukosa selalu muncul sebagai larutan
dalam air. Cambar 5 menampitkan larutan monosakarida yang mengandung 5 bentuk
monomerik _D-glukos4 yaitu p-D-piranosa-glukosa (62'6 %o)' a-D-piranosa-glukosa
(37.3 %) dan p-D-furanosa-glukosa (0.1%) sebagai tambahan adalah konsentrasi rr-D-
furanosa-glukosa dan D-glukosa asiklik. Jika sebuah monomer glukosa murni
dilarutkan dalam air, maka akan terjadi mutarotasi sampai tercapai keadaan
kesetimbangan antar monomer.
l5
Keluaran
(output)
cHroH n
"o{r/"\u$E-,/"\
oi'. loipho - D- glucoruronoi€
CH20H
,l_o./ \l\o.H A
"n -2,
oH\--loH,/z/ oh
olpho -D - gtucoFyrunoie
i{CO
Gambar 5. Monomer D-glukosa pada larutan encer
Sumber : Zuomin Zhao. 2002
Dalam tubuh manusia, makanan diubah menjadi gula dan memberikan energi
pa6a seiuruh jaringan dan organ melalui peredaran darah. Dalam bentuk komposisi
kimianya, gula darah manusia mengandung D-glukosa yang sebagian besar berada
dalam air yang merupakan penyusun dasar plasma darah. Dalam darah-. konsentrasi
fisiotogis glukosa berada pada intervat l8 - 450 nrg/dl. Darah arteri dan kapiler dari
ujung jari manusia merniliki kandungan glukosa yang identik, dengan level glukosa
dara.h pada vena yang lebih ren<iah dibandingkan pada arteri (1 - 17 mgldL pada subjek
sehar dan lebih dari 30 mg/dl pada pasien diabetes). Selain darah, glukosa juga terdapat
pada fluida biologis lainnya, seperti fluida intrasel, fluida interstitial, air ludah keringat
dan urine. Berdasarkan hasil penelitian diperoleh bahrva level glukosa pada fluida
intrasel dan interstitial identik dengan konsentrasi glukosa dalam darah. namun tidak
untuk sa/ivc (air{iur), keringat dan urine.
Air yang merupakan kornponen utama penyusun jaringan tubuh, memiliki
spektrum inframerah sederhana dan kombinasi yang kaya serta spektrum tambahan
metuas sampai ke daerah near-inframerah. Intensitas pita absor.osi air pada daerah near-
inframerah sangat sensitif terhadap konsentrasi larutan dan temperature- Intensitasnya
akan turun seiring dengan naiknya konsentrasi larutan akibat perubahan rasio molar air.
pita absorpsi inframerah yang paling mendasar dapat diperoleh dalam bentuk
padatan pil maupun dalam bentuk larutan. Pita paling kuat yang menyusun intensitas
kombinasi dan tambahan adalah stretch OH yang lebar pada 3550 cm-ldan sftetch
t6
vibrasi CH pada 2961 dan 2947 cm-t. Pita kombinasi yang mungkin adalah pita
overtune kedua pada 939 nm (3uOH) dan pita overtune harmonik CH pada I126 nm
(3uCH). Pita overtune OH pertama dapat diperoleh pada 1408 nm (2uOH). Pita pada
1536 nm dapat dikenali sebagai pita kombinasi OH dan CH (uOH + uCH). Pita pada
1688 nm dikenali sebagai pitaovertune (2uCH). Pita lain yang terletak pada panjang
gelombang diatas 2000 nm kemungkinan merupakan kombinasi antara stertch CH dan
CCH, OCH deformasi pada 2261 nm (uCH + uCCH, OCH) dan 2326 nm (uCH +
uCCH, OCH). Kehacliran CCH dan komponen cincin deformasi OCH meliputi
beberapa spesifikasi glukosa befiunrpuk dengan beberapa spektrum kombinasi dan pita
overtune air, lemak dan pita absarpsi elektronik hemoglobin'
2.7. Kadar Gula Darah
Kadar gula darah adalah suatu nilai hasil pemeriksaan jumlah miligram gtrla
yang terdapat dalarn tiap desiliter darah. Ukuran kadar gula darah normal seseorang
kurang dari ll0 mg/rJL (gula darah puasa) dan 140 mg/dl (gula daiah sewaktu)-
Biasanya kadar gula darah dikaitkan dengan penyakit diabetes mellitus atau kencing
manis. pada penderita diabetes rnellitus kadar gula darah yang terdeteksi lebih dari 126
mg/dL (gula darah puasa) dan 200 rng/dl (gula darah sewaktu). Organisasi Kesehatan
Dunia (WHO) dan Federasi Diabetes Internasional memperkirakan lebih dari 8A oh
penderita diabetes ti<iak terdiagnosis dan kadar gula dalam darahnya tidak terkontrol-
American Diabetic Association (ADA) pada tahun 2000 menetapkan patokan
kadar gula clarah mencapai kadar guta darah normal (atau mendekati) tanpa terjadi
hipoglikemia, yairu krireria kadar gula darah sebelum makan harus diantara 80 - l2O
mg, dua jam sesudah makan dan sebelum tidur matam harus diantara 100 - 140 mg
sedangkan glikoHb harus diantara6 - 7 %. GlikoHb disebut juga HbAlc mencerminkan
kadar gula darah selam a 2 * 3 bulan terakhir dan merupakan persentase kadar gula
dalam sbl darah merah (yang masa hidupnya tigh bulan). Parameter kadara gula tersebut
mencerminkan kontrol gula selama 2 - 3 bulan terakhir'
Menurut .,Konsesus Pengelolaan Diabetes Mellitus tipe 2 di Indonesia tahun
2002. dari perkeni (Pengurus Besar Perkumpulan Endokrinologi Indonesia), cara kerja
obat penurun kadar gula darah dibagi menjadi tiga golongan, yaitu: pemicu sekresi
insulin (enis sulfonilurea dan glinid), penambah sensitivitas terhadap insulin
l7
(metformin dan tiazolidindion) serta penghambat absorpsi glukosa (penghambat
glukosidase alfa/acarbose).
Tolak ukur pemantauan grrla darah yang tepat adalah Alc, yaitu ikatan glukosa
dengan hemoglobin. Ikatan bisa lepas jika gula darah naik tetapijika gula darah tinggi
dalam jangka waktu yang lama, ikatan tidak bisa lepas. Kadar Alc baik berarti gula
darah terkendali dalam 2 - 3 bulan ke belakang. Sebaliknya, jika kadar Alc tinggi
berarti gula darah tidak terkontrol. Tingginya kadar gula darah menimbulkan
komplikasi pernbuluh darah, mikroangiopati (gangguan mata, ginjal dan saraf) maupun
makrongiopati (stroke dan gangguan jantung). Hal tersebut dapat dijelaskan dari
ftnomena Alc (glikosrlasi non enzirnatik). Jika gula darah berlebih, glukosa akan
berikatan dengan protein. Di darah berikatan dengan hernogiobin, di se! lain berikatan
dengan protein sel bersangkutan. lkatan tersebut mengubah struktur dan fungsi sel.
termasuk sel dinding pembuluh darah.
Reaksi glikosilasi akhirnya menimbulal<an advanced gly6a1i6n and products
(AGEs) yang bersifat merekat moiekul. ACEs tinggi membuat pembuiuh darah kaku.
sehingga terjadi tekanan darah tinggi dan kebocoran penibuluh darah. AGEs juga
mendorong berbagai molekul menempel di dinding pembuluh darah. yang dapat
minimbulkan terjadinya penyernpitan pembuluh darah. Glukosa tinggi mernpengaruhi
permeabilitas antar sel endotel, termasuk endotel yang melapisi pembuluh darah.
Akibatnya, pembuluh darah mudah dimasuki lipoprotein berdensitas rendah.(LDL).
3. TUJUAN DAN I\IANFAAT PENELITIAN
, Tujuan penelitian yang dilakukan adalah untuk merancang sistem akuisisi data
metode spektroskopi inframerah dan menganalisis pola spektroskopi yang khas untuk
dapat menentukan kadar glukosa. Manfaat dari hasll penelitian adalah terbangunnya
suatu alat spektroskopi lR yang dapat digunakan untuk menentukan kadar glukusa baik
secara kualitatif maupun kuantitatif.
4. METODE PENELITIAN
Sistem pengukuran untuk mendapatkan informasi konsentrasi glukosa dan analisis
pola atau karakteristik khas yang muncul dari sinyal keluaran menggunakan sinyal
l8
inframerah. Diagram blok dari sistem pengukuran konsentrasi glukosa ditujukakan
pada Gambar 6.
l . --> I -r tl"f'-'"-ilJL
-)Hl l-d"r"r-l ---+
Gambar 6. Diagram blok spektroskopi inframerah
Reatisasi penelitian adalah mendesain sistem pengukuran kadar glukosa dengan
menggunakan inframerah. Desain alat ini berupa desain hardware dan device analog.
Sumber inframeralr 1,ang digunakan adalah LED inframerah biasa. Agar sumber
inframerah tersebut dapat berfungsi, diperlukan sinyal masukan yang berupa sinyal
impulse (dalarn do:nain u,aktu) 1'arrg berasal dari pulse generator. Sampel berupa
larutan glukosa berfungsi sebagai nredium yang dilen'atkarr infranteralt. Dalam larutan
glukosa terjadi proses absorpsi atau pcn)'erapan sinl'al infra nterah. Pada penerima
inframeralr. sinyal yang ditangkap bcrasal dari sinl'al lang Citeruskan oieh proses
absorpsi. Sin-val absorbsi tersebut kemuciian dideteksi oleh pengkondisi sinyal ADC.
Akuisisi data dilakukan agar analisa kadar glukosa diperolah dari karakteristik sinyal
yang dihasilkan dari pengolahan pola spektnrm .
Bagian-bagian dari perancangan sisteni pengul:uran yang dilakukan adalah
sebagai berikut : rangkaian pemencar inframerah. sampe! berupa larutan glukos4
rangkaian penerima inframerah, pengubah sinyalanalog ke digital dan akuisisi data.
5. HASIL DAN PEMBAHASAN
5.1. Hasil Perancangan Spektroskopi Inframerah
Diagram blok hasil perancangan spektroskopi inframerah ditujukkan seperti
Garnbar 7.
r ---r l r:::::r" lI OisPlaY Antar muka I
'
| .Apc, PC)
|
Gambar 7. Diagram blok sistem pengukuran kadar glukosa
Penerima lnframerah
l9
Sumber inframerah yang digunakan adalah LED inframerah. Sampet berupa
larutan glukosa merupakan medium yang dilewati oleh sinyal inframerah. Dalam
larutan glukosa terjadi proses absorpsi atau penyerapan sinyal inframerah. Sinyal infra
merah yang ditangkap oleh penerima sinyal berasal dari sinyal yang
diteruskan/transmisikan. Sinyat yang ditangkap tersebut kemudian dikuatkan dalam
rangkaian pengkondisi sinyal dan dikonversi oleh ADC. Berdasarkan hasil akuisisi data.
dapat dianalisa kadar glukosa dari karakteristik sinyal yang dihasilkan dari pengolahan
pola spektrum.
5.1.1. Rangkaian Pemancar inframerah
Rangkaian pemancar inframerah yang didesain adalah sebagai berikut :
Gambar 8. Rangkaian Penrancar Infrarrrerah
Data komponen yang digunakan I V.. = 5 Volt
Rl - 270 f) dan R2 = | KC).
Resistor berfungsi sebagai pembebanan arus yang masuk pada LED inframerah
dengan harga resistansi yang disesuaikan agar lidak merusak LED inftamerah dan data
yang dipancarkan dapat diterima dengan baik oleh penerima.
2ft
5.1.2. Rangkaian Penerima Inframerah
Skema rangkaian penerima inframerah yang dibuat dumat dalam Gambar 9.
Komponen perrerima inframerah (photodetektcr yang berupa dioda) akan merubah
energicahaya inframerah menjadienergi listrik. Pada rangkaian ini komponen penerima
inframerah yang digunakan adalah fotodioda. Fotodioda memiliki karakteristik yang
baik datam responnya terhadap cahaya inframerah, biasanya hingga 100 kali lebih cepat
dari pada fototrans istor.
Gambar 9. Rangkaian Pen:rinta Infranterah
Data komponen )'ang digunakan : Vcc : l2 Volt
. R; = IKO dan Rl: IKQ'
Faktor yang mempengaruhi kemanrpuan fotodioda adalah activc arca da:
respond tinrc. Semakin besar area penerimaan suatu dioda inframerah. maka semakir:
besar pula intensitas cahaya yang dikumpulkann,va. Begitu juga dengan responc
terhadap frekuensi, semakin besar area penerirnaannla rnaka respond frekuensini.
turun dan sebatiknya jika area penerimaanya kecil maka respond terhadap frekuensi
tinggi cukup baik. Rangkaian lengkap pemancar dan penerima sinl'al infra merah
dimuat dalam Gambar 10.
"'* "i1I :
zt
Vcc
Il"'V--f-
I
R4= ui
+t
Vcc
I^'l
7r
-_it l
I * r*t1
Gambar 10. Rangkaian Lengkap Pernancar dan Penerima Sinar Inframerah
5.1.3. Analog-to-Digital Converter (ADC)
ADC yang dgunakan adalah ADS 7805. ADC tersebut dapat mensampling sinyal
analog dan mengkonversinya ke dalam l6 bit data dengan rvaktu sarnpling maksimum
lOps atau dengan laju 100 kHz (100.000 sampling/detik). ADS 7805 dapat menerima
tegangan input pada interval -10 Volt sampai l0 Volt. Catu daya tunggal +15 Volt
dengan disipasi daya dibawah 100 mW. ADS 7805 dapat beroperasi pada jangkauan
suhu -25o C sampai 25oC.
5.1.4. Algoritma dan Prosedur Ambil_Data I Channel
Untuk pengambilan data sampling I channel, sinyal masukan dihubungkan
langsung ke Input analog ADS 7805 tanpa melalui multiplekser. Data output paralel
masuk ke multiplekser 3 pada perancangan, lalu selektor A, B, C dan D memilih secara
bergantian saklar 0 sampai l5 yang dikendalikan oleh Do, Dl, D2. dan D3 ($378). Data
setiap saklar (data per bit) diterima olelr PC melalui pin l3 (alarnat $379). Dengan
konfigurasi pin pada alamat $379H sebagai berikut :
Untuk mengakses input data melalui D4 (pin l3), digunakan statemen sebagai berikut :
D[]::(Port_ln($379) and l6)shr 4
Sehingga Algoritma pengambilan datanya adalah sebagai berikut :
Mulai
For i : 1 to 128 do / / junlah sarnpei / , /
rnulai looping ( i )
Start Konversi :
22
Baca akhir konversi
Atnbil data 16 bit ubah ke data word
Ubah ketegangan
Akhir looping { i )
Selesai
Prosedur pascalnya adalah sebagai berikut :
Procedure Ambil-Data;
beqin
/ /start konversi / /
for i ;= 1 to 128 do { juml-ah sampl ing datal
begin
Port-Out {$378,16) ;
Port_out ($378,0) ;
Port-Out ($3?8' 16) ;
/ /Baca End Konversi/,/
repeat
EC:=(Port_int$3?9) and B) shr 3;
untr l - EU = .L
i /Antbi l Data 15 bit ubah ke data vtord/ /
DatawordI i - ] :=0;
For 1: :0 to 15 do
begin
i ; =1+16;
Port-Out ($378, k) ;
{Ter i -ma data dar i muxl}
Dt l l :=(Port- In{$3?9) and 16) shr 4; {baca data per bi t }
Datawordl i l : :Datawordt i l+ (exp(1* ln(2) ) *D[1] ) ;
end;
/ /Ubah' ke tegangan//
i f dt151=1 an"r t
begin
VI i ] : : ( -1OO/32168) * {65535-Datawordlr l ) ;
-_ icl lu
else
begin
v I i ] : = l lOO / 321 6? ) *Dataword I i ] ;
end;
end;
end;
23
Dari hasil rekaman ADC tersebut diperoleh rekaman sinyal inpuvoutput dan
rekaman data tegangan dalam domain waktu yang kemudian data tersebut diplot untuk
memperoleh grafik tegangan terhadap waktu yang diplot dalarn Excel'
5.2.5. Mekanisme Fengukuran dan Pengolahan Data spektroskopi Inframerah
untuk menguji unjuk kerja spektroskopi IR yang telah dibuat digunakan sampel
larutan glukosa dengan berbagai konsentrasi. Pengujian dilakukan dengan beberapa
tahapan, Yaitu:
l. Pengukuran sinar inframerah yang dipancarkan dan langsung ditangkap oleh
fotodioda sebagai Penerima'
2.Pengukuransinarinframerahpadatabungreaksiberisiair.
3. Pengukuran sinar inframerah pada tabung reaksi yang berisi konsentrasi larutan
glukosamulaidari l0Tosampaig0Todenganairsebagaipe|arutnya.
o Konsentrasi !o *: tori;m!:"
o Konsentrasi 20 o7o = Z0EamGlukosal00niAir
. Konsentrasi 3o N : 3-9u:l9JtPx-
o Konsentrasi4o * = !W#u
. Konsentrasi 5o * = 7f f i#t
Flasil perekaman sinyal input inframerah yang langsung ditangkap oleh fotodioda
sebagai penerima ditunjukkan oleh Gambar l l '
L'
Grafik Rekaman data Sinyal Input
Jumlah sampl ing {n)
Gambar I l. Tampilan Perekaman Sinyal Input
Gambar di atas merupakan hasil perekaman sinyal input oleh ADC yang berasa!dari pulse generator. Sumbu vertikal pada grafik adalah amplitudo sinyat yang berskalal0:1. penskalaan I0:l art inya ni lai l0 meizakii i ni lai I Vott pada sinyal input. Sumbuhorizontal adalah jumlah sampling yang digunakan untuk memplot data yairu l2gsampling data. Contoh hasil sampling data untuk konsentrasi l0 dan 20% dituiukkansepertidalam Gambar 12 dan 13.
Grafik Rekaman data sinyat Output padakonsentrasi i0%
6
5
4
3
2
1
0
-1
Waktu (t)
Gambar 12. Tampilan rekaman sinyal output untuk Konsentrasi l0 o4
70
60
50
;40!
,E 30
82010
0
-10
oE==CLE
25
Grafik rekaman sinyal ou$ut untuk konsentrasi2O"/o
Junrlah samPling (n)
Gambar 13. Tampilan Rekaman Sinyal Output untuk 20 7o
Sinya hasil akusisi terlebih dahulu ditransformasi ke domain frekwensi dengan
menggunakan fungsi FFT (Fast Fourier Transform) pada program N{atlab. Fft(x) adalah
fungsi pada rnatlab yang digunakan untuk menghitung kandungan frekuensi suatu sinl'a!
x dan mengembalikan nilainya dalam vektor yang berukuran sama dengan x. Fft(x'\-)
adalah fungsi pada matlab yang digunakan untuk menghitung kandungan frekuensi
suatu sinya! x dan mengembalikan nilai-nilainya dalam vektor sejumlah N. Hasil prses
FFT ditampilkan seperti Gambar l4 dan 15. Adapun program FFT untuk respon system
masing-masing adalah sebagai berikut:
t - - - - - - - -
B program FFT untuk respon sistem masing-masj-ng konsentrasi
I - - - - - - - -
t Data input inPulse
b=xlsread ( ' impulse.x is ' )
datainput:b(2,2) ;
subplot (321t ,p1ot (datainput) ; t i t le ( ' i -nput impulse ' ) ;
x label( ' waktu t (det ik) ' ) ; y label( 'ampl i tudo') ;
* Proses FFT data inPut
N1:Iength(datainput) ;T = ( l / l2B) *10e-2
k=0:N1-1;hertz l=k* ( l /N1*T) * l -0e+1?; x= f f t (datainput) ;
X = abs(x).*2/N1;
subplot (323t, p lot (hertz l (1 :N1/2),X (1:N1' /2) ) ' '
I II
I7
6
5
a4o3
E
g2q1E
-1
-z
-3
26
t i t le ( 'hasi l f f t inPut imPulse') ;
x label ( ' f rekuensi (Hz) ' ) ; y label { 'ampl i tudo'} ;
t Data transaisi
a = x lsread ( '10t . x ls ' )
data = a( i .21
subplot |322|,P}ot idata); t i t le( .datatransmi-s idornainwaktu') ;
x label( ' waktu t (det . ik) ' ) ; y label-( tampl i tudo') ;
* Proses FFA Data Transmisi
N=Iength (data) ;T ={ I / I2B) *10e-2; k=0:N-1;
hertz=k* ( 1/N*T) * 1gs+1? ;
y = f f " (data);
y = abs (y) . *2/N;
subPl-ot (324) , p lot (hertz( i :N/2) 'Y
(1:N/2) )
t i t le( 'hasi l f f tdatatransmisi-domainfrkewensj- ' ) ;
x label ( ' f rekuensi- (Hz) ' ) ; y ' l 'abe1 ( 'ampl i tudo') ;
S Mencari ResPon SYsten
H=y. /X;N3=length (H) ;T = l l / I28)*LOe-2; k=0:N3-1;
hertz=k* ( 1/N3*T) * 10e+17 ;
t Plot Grafik ResPon sistem
fj-gure(2);
hertz=k* { 1/N3*T) * 10e+17 ;
plot(hertz(1:N3/2), f i (1:N3/2) ) ; t i t le( 'Respon sistem 10 ?' ) ;
x iabel ( , f rekuensj . (Hz) ' ) ; y labe1 { 'ampl i tudo') ;
't0
I
6
4
?
0t0
0.-UZ
oE5
aEo
oE
.= 40EG
zv
oE
'=le
EG
1
50 100waktu t (detik) frekuensi Hz x 104
input impulse hasil fr input imPulse
waktu -t (detik)data lransmlsl domam $'eKIu hasit fr dat a,1!"#."fi'[!:i $t*
"in TrJPuaensi
Gambar 14. Plot sinyal input dan ouput hasil FFT untuk konsentrasi l0 %
27
Respm eistm 1O 96
iIilo' f02t
"l0Lo 1.5 ? 2.5
f.€kusnsi (tlz)3.5 I
r lot'
Gambar 15. Grafik Respon Sistem Bergantung Frekuensi untuk Kosentrasi l0 %
Mekanisme pengolahan data yang sama juga dilakukan untuk sampel dengan
konsentrasi 20,30,40 dan 50o/o.
5.2. Anatisis Kualitatif dan Kuantitatif
5.2.1. Analisis Kuantitatif
Analisis kualitatif dilakukan menggunakan grafik hasil FFT dengan menentukan
frekuensi dimana puncak-puncak terjadi yang menandakan terjadinya absorpsi untuk
ikatan molekul kimia sesuai dengan struktur pembetuk glukosa.
Menurut teori di dalam glukosa terdapat dua buah pita absorpsi dengan
frekuensi alamiah dan intensitas yang berbeda, yaitu :
l. Untuk ikatan CH stretch
fr :8.841 x l0l3 Ha CH stretchsimetris intensitas lemah
fz = 8.883 x l0r3 Hz, CH stretch asimetris intensitas kuat
Selisih kedua frekuensi tersebutadalah :
Af = (8.883 - 8.841) x l0r3 = A.042 x l0r3 Hz.
2. Kombinasi CH stretch + CCH + OCH deformasi
fi = I .290 x lgra Ha CH stretch simetris + CCH + OCH deformasi simetris
intensitas yang lemah.
fz:1.327 x l0ra Hz, CH stretch simetris + CCH + OCH deformasi asimetris
intensitas yang kuat.
28
Selisih kedua frekuensi tersebut adalah :
Af = ( l .327 - 1.290) x lOra:0.037 x lOra Hz.
Dari nilai selisih frekuensi tersebut, dapat disimpulkan bahwa kondisi tersebut
terjadi karena kedua frekuensi alamiah CH stretch serta kombinasi CH stretch, CCH
dan OCH deformasi memiliki perbedaan. Disamping itu, intensitas CH stretch simetris
yang febih kecii dari intensitas CH stretch aslmetris, mengakibatkan penguatan pita
absorpsi yang dominan, yaitu pita absorpsi milik CH stretch asimetris.
Dari data hasil perkamam yang diperoleh, frekuensi puncak setiap pita absorpsi
spektrunr larutan glukosa tidak tepat dengan frekuensi alamiah berdasarkan teori.
Sebagai contoh untuk konsentrasi l0 7o untuk pita absorpsi ikatan CH stretch adalah
9.09 x l0rr sedangkan pita absorpsi irekuensi alamiahnya adalah 8.84 x 10r3. Selisih
frekuensinya adalah :
69: (9.09 - 8.84) x l0 i3 =2.49 x l0r2 Hz.
Selislh kedua fi'ekuensi ini lebih keciljika dibandingkan dengan frekuensi alamiah pita
absorpsi ikatan CH stretch dengan nilai perbandingannya yaitu :
^f =? 4e:!o:= o.o3. f , , 8.84-t l0' '
Hal tersebut teliadi juga oada frekuensi puncak pita absorpsi ikatan lalnnya untuk
masing-masing konsentrasi. Untuk lebih lengkapnya, hasil pengukuran seluruh
frekuensi puncali pita absorpsi ikatan untuk masing-masing konsentrasi terlampir pacia
Tabel 4.
Tabel 2. Frekuensi puncak pita absorpsi ikatan untuk konsentrasi l0 9'o
Nama lkatanFrekuensi Alamiah
(Hz)Frekuensi Puncak
(Hz) delta f {Hz} delta f/fo
H slretch 8.84E+13 9.09E+13 2,49E+1?. 0,03)H strefch 1.07E+14 1.16E+14 9.17E+12 0.09<ombinasi CH+CCH+OCH 1.33E+14 1,34E+14 1,40E+12 0.01)veftune oertama CH 1.78E+14 2.26E+14 4.86E+13 0,27<ombinasiOH+CH 1.95E+14 2,45E+14 4.94E+'t 3 0.25)veftune pertama OH 2.13E+14 2.gl f+14 6.76E+13 0.32Jveftune kedua CH 2.66E+14 2.93E+14 2.66E+13 0,10Jvertune kedua OH 3.20E+14 3.71e+14 5.241+13 0.16
Tabel 3. Frekuensi puncak pita absorpsi ikatan untuk konsentrasi20 %o
Nama lkatanFrekuensi Alamiah
(HzlFrekuensi Puncak
{Hz) delta f (Hzl delta flfo
H stretch 8.84E+13 9.04E+13 1,99f+12 0.023H sfrefch 1,07E+14 1,13E+14 5.59f+12 0,06
29
CH+CCH+OCH 1,33E+14 1.35E+14 2,30E+12 02CH 1.78E+14 1.96E+14 1,83E+13 0.10
<ombinasiOH+gg 1.95E+14 2.13E+14 1.77E+13 0,09Ovedune oertama OH 2,13E+14 2,43E+14 3.04E+13 0.14Oveftune kedua CH 2.66E+14 2.68E+14 2,00E+12 0.01Cvertune kedua OH 3,20E+14 3,78E+14 5.88E+13 0.18
Tabel 4. Frekuensi puncak pita absorpsi ikatan untuk konsentrasi 30 o%
Nama lkatanFrekuensi Alamiah
{Hz}Frekuensi Puncak
(Hzl delta f {Hz) delta f/folH sfrefch 8.84E+13 9,08E+' l3 2.39E+12 0.03)H strefch '1.07E+14 1,08E+14 1.90E+12 0.02<ombinasi CH+CCH+OCH 1,33E+'t4 1.34E+14 1A0E+12 0,01Overtune pertama CH 1,78E+14 1.82E+14 4,30E+12 0.42onrbinasiOH+611 1,95E+14 2.02E+14 6,70E+12 0.03
Overtune pertama OH 2.13E+14 2,16E+14 2.90E+12 0,01?vertune kedua CH 2.66E+14 2,73E+14 7.00E+12 0,03Cver'tune kedua OH 3.20E+14 3.28E+14 8,50E+12 0,03
t
Tabel 5. Frekuensi puncak pita absorpsi ikatan untuk konsentrasi 40 gi,
Tabel 6. Frekuensi puncak pita absorpsi ikakn untuk konsentrasi 50 %o
Nama lkatanFrekuensi Alamiah
(HzlFrekuensi Puncak
(Hz) delta f (Hzl delta f/foH sfretcfr 8.84E+13 9.06E+13 2.19E+12 0.02
fH sfrelch 1,07E+14 1,15E+14 8.50E+12 0.08<ombinasi CH+CCH+OCH 1,33E+14 1.34E+14 1.30E+12 0,01tvertune oertama CH 1.78E+14 1,90E+1+ 1,23E+13 0,07<ombinasiOH+CH 1.95E+14 2,02E+14 6,70E+12 0,03weftune oertama OH 2.'l3E+14 2.43E+14 2.99E+11! - 0.14wertune kedua CH 2.66E+14 2.72E+'14 6.00E+12 0,02wertune kedua OH 3,20E+14 3,35E+14 1.55E+13 0.05
Pergeseran frekuensi puncak dari frekuensi alamiah terjadi karena banyak faktor
diantaranya spektrum inframerah molekul organik biasanya sangat kompleks akibat
osiiasi ikatan pada seluruh bagian molekul yang mempengaruhi pengabsorpsian radiasi
awal dan kenaikan terhadap osilasi harmonis dan overtune yang sebagian besar
kandungan pita absorpsi pada daerah inframerah. Selain itu, pergeseran frekuensiterjadi
Nama lkatanFrekuensi Alamiah
tHz)Frekuensi Puncak
(Hz) delta f (Hz) delta f/fo)H stretch 8,84E+ 13 8.865+13 1.90E+11 0,002)H sfrelch 1,07E+14 1.16E+14 9,17E+12 0,086<ornbinasi CH+CCH+OCH 1,33E+14 1,34E+14 9,90E+11 0.007)vertune pertama CH 1.78E+14 1,80E+14 2.30E+12 0.013<ombinasi OH+CH 1,95E+14 2,00E+14 4.708+12 o n2A)veftune oertama OH 2,13E+14 2.26E+14 1 ,32E+ 13 0,062)vertune kedua CH 2.66E+14 2.73E+14 7.O0E+12 U
)veftune kedua OH 3.20E+14 3,72E+14 5.25E+i 3 0,164
30
akibat adanya pembulatan angka dari data yang diperoleh. Data frekuensi pada Tabel 4
digunakan untuk memberi nama masing-masing puncak sesuai dengan nama ikatan
yang tnengabsorpsi frekuensi alamiahnya. Spektrum larutan glukosa secara lengkap
ditunjukkan seperti Gamhar 16-20.
o.9
o.B
4.7
o.6oe5€o05E
o.4
o.3
o2
o.1
o1.5 2 2.5
frekuensi (Hz)
Gambar 16. Spektrum glukosa dengan nama ikatan masing-nrasing
untuk konsentrasi l0 %
,
o45
o.4
035
03
o25
o.2
o15
o.1
o05
o
CH stretch
=-e
e
kombinasi CH.CCH. si OH.CH
Overtune kedua CH
ama CH
pertama OH
3.5 4
x lo la
Gambar l?. Spektnrm glukosa dengan nama ikatan masing-rnasing
untuk konsenttasi 20 o/o
Respon sistem 1O o, 'o
kombinasi CH,CCH.OCHkombinasi QH,CH
i Oveidune keCua CH[\ Overtune pertarna OHf t Ovedune bEnamtOH
Overtf{e perAa{ha CH Overtune
Resron sistem 29 7"
3r
Respon sistem 30 o/o
kornbinasi CH,CCt{.OCHOvertun€ pertama CH
Overtune pertarna OHkombtfirasi ob9it,r,." kedua cH
o.5
o.45
(].4
o.35
o.3o
E=a o.2s€
4.2
o.15
o.1
4.05
o
ua OH
2 25frekuensi Hz
Gamtrar 18. Spektrum glukosa dengan nama ikatan masing-masing
untuk konsentrasi 30 %
2 2.5fiekuensi Hz
4
x 1Ora
Gambar 19. Spektrum glukosa dengan nama ikatan masing-masing
untuk konsenftasi 40 o/o
Respon srstem 40 o/o
komblnasi OH.CH
o7
06
05
o 04E
ocC UJ
0t
3?
o.7
0.6
o.5
o 8.4E
5
-e
F o.a
o.2
o.1
o
Respon sislem 5O o/o
H stretch
kombinasi CtI .CCH.OCH
OH +tfetch
Ovedune kedua CHOvertune pqdama CH
si OHIPH Overtune ked
Ove(lun{ pedama
1.5 ) 2.5frekuensr Hz
4
x 1O'
Gambar 20. Spektrum glukosa dengan nalna ikatan masing-masing
untuk l:onsentrasi 50 %o
Spektrurn glukosa pada intiamerah jangkauan dekat memiliki l0 puncak pita
absorpsi yang mungkin. Padahal tarnpak pada gambar spektrunl diatas terdapat banyak
puncak tetapi tidak seluruh nilai frekuens! puncak tersebut dapat mewakili frekuensi
alamiah masing-masing ikatan. Sehingga spektrum glukosa hanya memiliki delapan
puncak pita absorpsi yang sesuai dengan data frekuensialamiahnya.
Pita absorpsi yang memiliki intensitas tinggi, yaitu pita CH stretch dan pita OH
stretch yang memiliki nilai frekuensi sekitar 9.10 x l0r3 Hz untuk CH stretch dan l.l4 x
l0la Hz untuk OH stretch. Untuk intensitas yang sedang terjadi pada ikatan kombinasi
CH+CCH+OCH sekitar 1.37 x lOlt Hz, ikatan overnme pertama OH sekitar I.9l x 10r".
Hz Dan untuk intensitas yang relatif lemah yaitu pada ikatan kombinasi OH+CH sekitar
2.09 x lOla Hz, pada ikatan pita overtune pertama OH sekitar 2.37 x l0la Hz, pada
ikatan overtune kedua OH sekitar 2.76 x lOra Hz dan pita overtune kedua OH sekitar
3.50 x l0 'a Hz.
5.2.1. Analisis Kuantitatif
Analisis kualitatif dilakukan dengan mencari luas masing-masing puncak dan
menghitung prosenstase luas puncak terhadap luas keseluruhan. Perhitungan luas
dilakukan menggunakanfunction Matlab 6.1, yaitu function tropz Fungsi ini bekerja
dengan memberikan input batas bawah dan batas akhir yang diklik melalui mouse. Data
JJ
hasil perhitungan tuas spektrum larutan pada masing-masing konsentrasi dimuat seperti
pada Tabel 5. Hasil luas untuk masing-masing spektrum dan luas total spektrum larutan
glukosa semakin besar dengan bertambahnya konsentrasi glukosa. Berdasarkan data
tersebut dapat diplot grafik konsentrasi larutan glukosa terhadap luas masing-masing
spektrum adalah sebagai berikut:
Grafik Konsentrasi terhadap Luas spektrum
o6
IEo6
oY
100806040290
C=9E-12L+10,417
1.00€+ 2.00E+ 3.00E+ 4.008+ 5.008+ 6.00E+ 7.008+12 12 12 12 12 12 12
Luas spektrum (€atuan luas,
0.00E+00
Gambar 21. Crafil.. Konsenrrasi terhadap Luas Spektrum masing-masing puncak
Hasil plot gafik Cambar 21. menunjukan kenaikan yang linier antara luas
spektrum dan konsentrasi larutan. Setiap konsentrasi yang berbeda akan menghasilkan
persamaan garis linier yang berbeda p_ula.
Untuk menentukan konsentrasi larulan glukosa tersebut dapat diperoteh dari hubungan
antara konsentrasi glukosa darah dengan luas spektrum total (Gambar 22')-
Graik Konsenbasi terhadap Luas Total
SPektrum
' * [80 1
60
40
zv
00,00E+00 5.ggf+13 1,ggf+14 1,59f+14
Luas Total SPektrum (satuan luas)
Gamtrar 22. Grafik Konsentrasi terhadap Luas Total Spektrum
oah
rciq,
ooY
C=8E-13L- 14.1 ' t6f = 0.9857
t4
Dari Gamb ar 22. terlihat bahwa konsentrasi larutan glukosa sebanding dengan 8
x l0-13 luas spektrum.
Perbandingan dengan nilai konsentrasi percobaan l0 % sampai 50 % kandungan
glukosa diperoleh seperti pada Tabel 9.
1020304050
1,00E-012,00E-013,00E-014,00E-015,00E-01
't,02E-012,40E-013,07E-014,27F.-015.57E-01
10,2424
30,7242,7255,68
0,244
0,722,725,68
0,020,17o,o20,060,10
3.78E+134,25E+135,69f+i36.59E+136.21f +13
Selisih konsentrasi larutan glukosa perhitungan dan percobaan sekitar 0'24
sampai 9.6 dan besamya rasio selisih konscntrasi tersebut dengan konsentrasi
perhitungan sekitar 0.02 - 0.17 sehingga hasil pengukuran tersebut memiliki ketelitian
seki tar 83%-98Yo.
F. KESIMPLII{LAN
'felah dirancang sistem akuisisi dara metode spektroskopi inframerah untuk
menentukan kadar glukosa. Berdasarkan hasil uji coba sistem akuisisi yang dibangun
dengan menggunakan bahan glukosa standar sehagai sampe! dapat disirnpulkan bahpa
data frekuensi puncak setiap pita absorpsi spektrum larutan glukosa hasil perkamam
yang diperoleh tidak tepat dengan frekuensi alamiah berdasarkan teori' Hasil analisis
kualitatif menujukkan bahwa dari sepuluh jenis kornbinasi vibrasi ikatan molekul yane
ada, hanya delapan yang dapat diidentifikasi. Sedangkan untuk analisis kuantitatif
menujukkan rantang tingkat ketelitian 83-98 %. Dapat disimpulkan bahrva spektroskopi
inframerah yang dibuat tetah berhasil melakukan analisis kualitatif dan kuantitatif pada
sampel glukosa.
Tabel 7. Perhitungan Konsentrasi Larutan Glukosa
35
DAFTAR PUSTAKA
J.D. Jackson. 1975. Classical Electodynamr? New York : john Willey & Sons.
John G. proakiq Dimitris G. Manotakis. 1995. Digital Signal Processing 3e (Principles,
Algoritms, and Applicalrbn/. New Jersey : Prentice Hall.
John Penny, Dr., Ceorge Lindfield. 1995. Numerical Methods Using l4atlab. New York
: Ellis Horwood.
John R. Reita Frederick J. Milford, Robert W. Christy. 1993. Dasar Teori Listrik
Magnet. Bandung: ITB.
Kensal Edward Van Holde- 1971. Physical Biochemistry. Englewood Cliffs, Nerv
Jersey : Prentice Hall.
K.G. Beauchamp, C.G.I.A., C.Eng-, Ph.D., M.l 'E.8.; C.K. Yuen' B'Sc" M'Sc', Ph'D'
1980. Data Acquisition for Signal Analysis. London : Geoege Allen & Unmin
Ltd.
Laurence M. Harwood, Timothy D.W. Claridge. 1997. Intrcdtttittrt to Organi<'
Spectroscopy. New York : Oxford University Press.
Mool Chand Gupta. 2001. Atomic and \{olecular Spectroscopy. Neu'Delhi : Nerv Age
International (P) Limited, Publishers.
pain, H.J., 1993. The Physics of Vibrations and l{aves. London, England : 'lohn \i/ile}
and Sons.
R. Murugeshan.l997. Optics and Spectroscopy.Nerv Deihi : S. Chand & Company Ltd.
36
B. Biodata Tim peneliti
Ketua Peneliti
l. Nama
2. NIP
3. Parrgkat/golongan
4. Jabatan Fungsional
5. Jabatan Struktural
6. Unit Kerja
7. Alamat Rumah
8. Alamat Kantor
Hardoyo Hardjo, Drs, M. Eng.Sct30 5t6 297
III/c
Lektor
Jurusan Fisika FMIPA UNPADKompleks Fajar Raya A2/16_ Cimahi 40513Telp.022-665 t53l
Jurusan Fisika FMIPA UNPAD
Jl. Raya Jatinangor Sumedang 45363Telp./Fax. : (022) 7 9601 4
9. Riwayat penCidikan- 52, Optoelektroteknika & Aplikasi Laser.
Universi tas lndonesia, Lulus tahun l9g0S l , Fisika LTNPAD, Lulus tahun 1976
10. Riwayat Pekerjaan : Staf Dosen.turusan Fisika FMI'A UN'AD,mulaitahun I976 sampai sekarans.
ll. Daftar Karya llmiah dan publikasi
Doy Hardojo H, yayah yuriah,., Fitritawati, TutiAryati, pengaruh ptasticizerdalam Pelarut NMP pada sifat lvlekanik Polianilin. Laporan penelitian Dasar Ill.Februari I998.
38
Anggota Peneliti I
l. Nama lengkap dan gelar2. NIP3. Pangkat/Golongan4. Jabatan Fungsional5. Jabatan Struktural6. Unit kerja7. Alamat
HPE-mail
8. Alamat Kantor
9. Riwayat PendidikanSI
S2
10. Riwayat Pekerjaan
I Made Joni, S.Si., M.S.c.r32296 6slPenata Muda/IIIbLektorKa. Lab. Pengolahan Sinyal& CitraMIPAiFisikaKomplek Flamboyan Indah No I I Cibiru w€ranBandung08r394701608madejoni93@yahoo.comJl. Raya Bandung Sumedang Km.2lJatinangor Sumedang - 45363
Jurusan Fisika, MIPA, UniversitasPadjadjaran, BandungSchool of Physical Sciences, JarvaharlalNehru University, Nerv Delhi, India200 ! -sekarang adalah Staff Dosen Jurusan Fisika.MIPA. UNPAD
I I. Pengalarnan Penelitiantl] I Made Joni, dkk, 1998, Perancangan Sistent Ab.sensis Stnra Berbrnrtuart
PC' Penelitian Lomba Karya Ilmiah Inovatif Produktif (LKIp), Seminar diUNDIP, Semarang, Jawa Tengah.
12] I Made Joni, l998, Rancang Bangun Filter Aktif {Jntuk pengolahan Sin1,a!Magneto Telurik, Skripsisl, Jurusan Fisika, UNPAD.
t3l I Made Joni, 2000, Dielectric properties of lce, Thesis s2, School ofPhysical sciences, Jawaharlal Nehru university, New Delhi, India
t4l I Made Joni, M Taufik, o Nurhirar, 2003, Analisis dan simulasi DifirsiThermal Sistem Lennard-Jones Menggunakan Metode Kinetik Monie Carlo.DIKS Universitas Padjadjaran Tahui'-inggaran 2003, dengan No Kontrak :129 / J 06. | 4 /r-P /PL/2003
t5l I Made Joni, Darmarvan H, Bambang M. w, 2004, Desain prototipe Multisel dan Sitem Pakar Untuk Optimoiisasi Produksi dan Kualira.s r"ionglVindu, diseminarkan di Sekorah Tinggi perikanan, BAppL serang.
39
Anggota Peneliti II
l. Nama lengkap2.NIP3. Tempat / Tgl.Lahir4. Jenis Kelamin5. Agama6. Pangkat / Got. Ruang7. Jabatan Fungsional8. Jabatan Strukturat9. Unit Kerja10. Alamat RumahI l. Alamai Kantor
I 2. Rirvayat Pendidikan
13. Rirvayat Peke{aan ,1982 s.d. sekarang.
Dra. Tuti AryatiD,MS.r3l 4t3 t48Sumedang, 4 Desember 1949PerempuanIslamPenata / III cLektorSekretaris Jurusan Fisika UnpadFMIPA UnpadJf. Saluyu Indah I No.34 Riung Bandung T\p.75697g6jl Rlll_e"ndung Sumedang ftvt. Zt Jatinango'I'tp. (022)77960t4.- S-l Fisika Unpad,lutus tahun l9g0S-2 Fisika ITB, lulus rahun | 990Staf PengajarJurusan Fisika FMIPA Unpad rnulai tahun
I5. Pengalaman penelitian :
l. Yayah Yuliah, _Doy H.Hardjo, Fitrirawat!, Tuti Aryati, ..pengaruh prasticizer
dalam PelarutNMP pada Sidat Mekanika Polianilin."taporan penelitian DasarIII, Februari t99g.2. Tuti Aryati, 'rjahyana suatam, ..pembuatan Firm Tipis porianirin secaraElektrokimia unfuk Aplikasi Etektrokromik", Laporan penelitian Dosen Muda,Februari I 998.3' sri s' Tuti Aryati. Doy H.Hardo, '?natisis Konduktivitas Bahan polianilin
ff!!:t Fungsi Konsentrasi Erekirorit", t-uporun e"*iitian uppronr-uni"o,
4- Tuti Aryati, lqSh
y., sri S.,"pengaruh Arus sintesis Terhadap KonduktivitasPoliani ! in Hasil Elektropoi imerisasi.5. L.saf iani, T.Aryati, sintesis poly (p-phenyrene vinyrene)(ppv) dengan SuhuKonversi Rendah dan Aprikasinya sebagai Devais OLED (organic LightEmiting Diode),2002.6. L.Safriani' y.yutiah, T.Aryati, "pe.1gTu!r Doping Asanr proronik TerhadapKonduktifi tas dan Tranparansi polianilin,,, 2003.
40
i:..
r':].ffi
Recommended