BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian...
Transcript of BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Penelitian...
-
24 Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian berupa eksperimen yang dilaksanakan selama 1 bulan yaitu sejak
tanggal 26 November 2018 sampai dengan 22 Desember 2018. Eksperimen
dilaksanakan di Laboratorium Fotonik, Institute of Microengineering and
Nanoelectronics (IMEN), Universiti Kebangsaan Malaysia (UKM), Bangi,
Selangor, Malaysia. Adapun agenda penelitian secara detail dilampirkan dalam
bentuk logbook harian.
3.2 Desain Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan metode studi literatur dan eksperimen. Studi
literatur dilakukan untuk mengetahui karakteristik dan prinsip dari fenomena
surface plasmon resonance (SPR) pada konfigurasi Kretschmann dengan film
tipis emas, khususnya dalam aplikasi sebagai sensor biokimia yaitu larutan
glukosa. Karakteristik glukosa seperti stoikiometri dipelajari untuk pembuatan
sampel analit, selain itu indeks bias larutan glukosa dipelajari untuk keperluan
pengolahan data eksperimen. Studi literatur juga bertujuan untuk mengetahui
prinsip kerja dan penggunaan instrumen SPR spectroscopy seperti SPR Navi-200
(BioNavis Ltd.) yang digunakan untuk menguji performa sensor berbasis SPR
untuk deteksi larutan glukosa.
Sensor berbasis SPR yang digunakan merupakan sensor chip dengan film
tipis emas (Au) yang diproduksi oleh BioNavis Ltd., film tipis dengan ketebalan
~50 nm dideposisikan pada substrat kaca BK7, diantara film tipis dan substrat
terdapat lapisan adhesi berupa kromium (Cr). Pada instrumen SPR Navi 200,
sensor chip akan ditempatkan sehingga membentuk sensor SPR dengan
konfigurasi Kretschmann sebagaimana ditunjukkan Gambar 3.1.
-
25
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Gambar 3.1 Skema sensor berbasis SPR dengan konfigurasi Kretschmann pada
instrumen SPR Navi 200 (Menon dkk., 2018)
Optik instrumen ini terdiri dari prisma, laser dioda bergerak (panjang gelombang
yang digunakan 670 nm dan 785 nm) dan fotodetektor, yang memantau intensitas
cahaya yang dipantulkan sebagai fungsi sudut. Ketika sensor chip Au dimasukkan
ke instrumen dan flow cell ditutup, sisi kaca slide sensor dihubungkan melalui
pencocokan indeks bias elastomer ke dalam prisma, seperti yang ditunjukkan oleh
antarmuka optik, sedangkan flow cell dihubungkan ke permukaan Au pada sensor
chip (Menon dkk., 2018).
Pengujian sensor SPR dengan menggunakan instrumen SPR Navi 200
dilakukan secara bertahap pada kondisi analit yang berbeda, pertama dengan
larutan glukosa konsentrasi tinggi dan kedua dengan larutan glukosa konsentrasi
rendah. Larutan glukosa konsentrasi tinggi yaitu 1- 5 % atau setara dengan 55,50,
111,01, 166,51, 222,02 dan 277,53 mmol/L, digunakan pada pengujian pertama.
Berikutnya, kurva respon SPR dan sensorgram dari pengujian sensor berbasis
SPR pada konsentrasi tinggi diamati pergeseran sudut SPR-nya yang merupakan
parameter deteksi sensor. Pengamatan tersebut dapat memberikan hipotesis untuk
pengujian sensor dengan larutan glukosa konsentrasi rendah.
Larutan glukosa konsentrasi rendah yang digunakan sebagai analit
disesuaikan dengan parameter level gula darah pada tes diagnosa penyakit
-
26
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
diabetes (Mayo Clinic, 2018), yaitu 4, 6, 8, 10 dan 12 mmol/L, nilai ini kurang
lebih 12 – 23 kali lebih kecil daripada masing-masing konsentrasi tinggi.
Sehingga, pergeseran sudut SPR yang dihasilkan pada konsentrasi tinggi harus
signifikan, setidaknya 0,1°. Selain itu, pengujian pada dua kondisi konsentrasi
larutan glukosa juga bertujuan agar rentang deteksi dan minimum detection limit
sensor SPR dengan film tipis emas ketebalan ~50 nm berbasis konfigurasi
Kretschmann dapat dianalisis. Masing-masing pengujian dilakukan pada dua
panjang gelombang sinar yaitu 670 nm dan 785 nm, untuk mengetahui pengaruh
panjang gelombang terhadap performa sensor. Berdasarkan simulasi FDTD,
panjang gelombang yang digunakan merupakan panjang gelombang optimal
untuk sensor SPR dengan film tipis emas ketebalan ~50 nm (Menon dkk., 2018).
Data dari rangkaian eksperimen yang telah dilakukan dengan instrumen SPR
Navi 200 berikutnya diperoleh melalui perangkat lunak SPR Navi Control dan
SPR Navi LayerSolver yang terhubung dengan instrumen. SPR Navi Control
digunakan untuk memperoleh data keluaran berupa kurva respon SPR yang
menampilkan plot data sudut sinar datang terhadap reflektansi, sedangkan
sensorgram menampilkan pergeseran sudut SPR secara real-time selama
pengujian. Dengan menggunakan SPR Navi LayerSolver, ketebalan komponen
sensor chip dan indeks bias larutan glukosa dioptimasi berdasarkan kurva respon
SPR yang diperoleh dengan pemodelan, perhitungan dan pengulangan beberapa
persamaan Maxwell simultan untuk sistem optik multilayer (BioNavis Ltd.,
2016). Berikutnya, data-data tersebut dianalisis secara numerik untuk memperoleh
performa sensor yang ditunjukkan oleh beberapa karakteristik diantaranya
sensitivitas, full width at half maximum (FWHM), akurasi deteksi (DA) dan
signal-to-noise ratio (SNR).
-
27
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
3.3 Diagram Alur Penelitian
Alur penelitian sesuai desain penelitian yang telah dipaparkan sebelumnya,
secara umum dapat diGambarkan oelh diagram alur pada Gambar 3.2 berikut:
Gambar 3.2 Diagram alur penelitian
-
28
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
3.4 Tahapan Eksperimen
3.4.1 Pembuatan Analit
Analit berupa larutan glukosa dibuat dengan bahan-bahan berupa serbuk
glukosa (C6H12O4) >99,5% Mr = 180,16 g/mol (Sigma-Aldrich) dan distiled-
water (H2O) sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Spesifikasi serbuk glukosa sebagai bahan pembuatan analit
Larutan glukosa dibuat dengan melarutkan serbuk glukosa dalam distiled-
water dengan jumlah tertentu sesuai dengan konsentrasi larutan yang diperlukan.
Massa glukosa disesuaikan menggunakan neraca digital dengan ketelitian 0,0005
g (c-electronics), sedangkan pipet digunakan untuk menyesuaikan volume pelarut
sampai dengan 20 ml. Larutan glukosa dapat dibuat dengan mengikuti ketentuan
stoikiometri larutan sebagai berikut (Bhatt & Vora, 1996):
(3.1)
(3.2)
Berdasarkan persamaan 3.1 – 3.2 dan spesifikasi serbuk glukosa yang digunakan,
maka komposisi glukosa yang digunakan untuk membuat masing-masing
konsentrasi larutan ditunjukkan pada tabel 3.1 berikut:
Tabel 3.1
Komposisi glukosa yang digunakan untuk membuat larutan glukosa
-
29
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
No. Konsentrasi
(mmol/L)
Massa
Glukosa (g) No.
Konsentrasi
(mmol/L)
Massa
Glukosa (g)
1. 4,00 0,014 6. 55,50 0,200
2. 6,00 0,020 7. 111,01 0,400
3. 8,00 0,028 8. 166,51 0,600
4. 10,00 0,036 9. 222,02 0,800
5. 12,00 0,042 10. 277,53 1,000
3.4.2 Pengujian Sensor SPR
Metode pengujian sensor berbasis SPR dengan menggunakan instrumen SPR
Navi-200 dilakukan sesuai petunjuk penggunaan alat atau manual book dan
disesuaikan dengan tujuan dan kebutuhan penelitian. Prosedur tersebut
sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3.4 dibawah ini:
-
30
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Gambar 3.4 Diagram alur pengujian sensor
Stabilitas dan reproduktifitas pengukuran yang dilakukan dengan SPR Navi
200 bergantung seberapa baik sensor chip Au telah dibersihkan sebelum
digunakan. Terdapat beberapa cara untuk membersihkan sensor chip, dalam
penelitian ini cara yang dilakukan adalah dengan mengusapkan kasa yang
dibasahi dengan hidrogen peroksida pada kedua sisi sensor kemudian
mengeringkannya di udara. Berikutnya sensor chip ditempatkan pada slide holder
agar dapat ditempatkan dalam instrumen sehingga membentuk konfigurasi
sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3.1. Sebelumnya, flow cell pada instrumen
dibersihkan dengan mengalirkan air sebagai buffer pada flow cell selama 10
-
31
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
menit, langkah ini bertujuan untuk memastikan tidak terdapat sisa larutan lain
pada saluran yang dapat mempengaruhi indeks bias analit.
Sebagian besar operasi instrumen SPR Navi 200 dikendalikan melalui
perangkat lunak SPR Navi Control yang terhubung dengan instrumen (Gambar
3.5), meliputi pengaturan kondisi dan parameter eksperimen, monitoring proses
eksperimen dan penyimpanan data. Eksperimen ini, dilakukan pada temperatur
ruangan yaitu 22° dengan laju aliran analit 50 µm/menit, untuk menguji sensor
pada rentang sudut sinar datang 36° – 80°. Pengujian pada instrumen SPR Navi
200 dapat dilakukan secara dual-wavelength, yaitu menggunakan dua panjang
gelombang sekaligus. Panjang gelombang sinar datang yang tersedia diantaranya
670, 785, 850, 960, 589 dan 632,8 nm, dalam eksperimen ini hanya digunakan
panjang gelombang 670 dan 785 nm.
Gambar 3.5 Instrumen SPR Navi 200 yang terhubung dengan komputer untuk
mengoperasikan perangkat lunak SPR Navi Control
Eksperimen dimulai dengan pengukuran pada load mode, mode ini akan
mengalirkan buffer yaitu air pada flow cell. Melalui sensorgram yang ditampilkan
SPR Navi Control, dapat dimonitoring perubahan sudut SPR terhadap waktu
selama pengujian, sehingga dengan aliran yang sama yaitu air akan terbentuk
garis horizontal sebagai baseline. Load mode dilakukan sampai terbentuk baseline
yang stabil, kurang lebih selama 2 menit. Berikutnya, sebanyak 0,5 ml larutan
glukosa sebagai analit dengan konsentrasi tertentu disuntikkan kedalam flow cell
-
32
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
dan pengukuran diubah menjadi inject mode dengan memutar arah mode switch
seperti pada Gambar 3.6, sehingga larutan glukosa akan dialirkan melalui
permukaan film tipis emas. Pada sensorgram dapat diamati perubahan sudut SPR
ketika larutan glukosa mengalir, sehingga kurva mengalami kenaikan dari
baseline kemudian konstan selama inject mode analit yang sama selama 2 menit.
Gambar 3.6 Lubang injeksi sampel dan mode switch pada instrumen SPR Navi
200 dengan (1) load mode dan (2) inject mode
Pengujian sensor dengan larutan glukosa konsentrasi yang lain dilakukan secara
berkelanjutan, sehingga setelah pengujian dengan satu konsentrasi selesai maka
prosedur dilanjutkan dengan kembali pada langkah menguji sensor pada load
mode. Langkah ini bertujuan agar pada sensorgram, kurva kembali turun hingga
mencapai baseline secara konstan. Selain itu, load mode juga bertujuan untuk
membersihkan flow cell dan permukaan sensor dari analit sebelumnya, sehingga
tidak mempengaruhi konsentrasi dan indeks bias analit berikutnya.
Ketika analit melalui permukaan film tipis emas, bilangan gelombang
elektromagnetik di permukaan film berubah, maka sinar datang yang melalui
prisma akan memindai sensor dengan rentang sudut yang ditetapkan hingga
diperoleh bilangan gelombang yang sesuai dengan bilangan gelombang
permukaan, dengan kata lain terjadi peristiwa surface plasmon resonance (SPR).
Sudut resonansi (sudut SPR) yang terjadi sangat sensitif terhadap perubahan
-
33
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
indeks bias medium yang kontak dengan permukaan film dan perubahan tersebut
dapat dipantau melalui perubahan intensitas sinar pantul (reflektansi) ketika
sistem selesai beresonansi. Perubahan parameter terhadap satu sama lain
ditampilkan dalam bentuk kurva yang berikutnya disebut kurva respon SPR (sudut
datang terhadap reflektansi).
3.5 Prosedur Pengolahan dan Analisis Data
Untuk mencapai tujuan penelitian yaitu mengetahui performa sensor SPR
dengan film tipis emas ketebalan ~50 nm terhadap glukosa khususnya gula darah,
maka data yang diperoleh melalui eksperimen dianalisis secara numerik. Selain
analisis numerik, data juga ditampilkan dalam grafik diantaranya kurva respon
SPR dan sensorgram, plot data dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak
OriginPro 2016. Analisis numerik dilakukan berdasarkan persamaan untuk
masing-masing karakteristik, sedangkan analisis grafik dilakukan dengan metode
full width of half maximum (FWHM) sebagai berikut:
3.5.1 Sensitivitas (S)
Sensitivitas sensor SPR diketahui dengan melalui rasio antara pergeseran
sudut resonansi/SPR (∆θSPR) dengan selisih indeks bias analit dengan buffer
sebagai acuannya (∆n). Sehingga persamaan sensitivitas dapat dinyatakan sebagai:
(3.1)
Hubungan linear antara pergeseran sudut resonansi berbanding lurus dengan
perubahan indeks bias analit (Bdullah dkk., 2018; Menon dkk., 2018). Sehingga,
nilai sensitivitas akan terus meningkat sesuai dengan peningkatan konsentrasi
analit. Untuk dapat melakukan perhitungan nilai sensitivitas, maka terdapat
beberapa tahapan yang harus dilakukan untuk memperoleh nilai ∆θSPR dan ∆n,
diantaranya sebagai berikut:
3.5.1.1 Analisis Kurva Respon SPR
Pergeseran sudut SPR (∆θSPR) diperoleh dari analisis kurva respon SPR. Pada
kurva respon SPR, sudut yang menghasilkan reflektansi sinar minimum (Rmin)
-
34
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
merupakan sudut resonansi (θSPR), ditampilkan sebagai lembah (dip) (Menon dkk.,
2018). Pada pengujian dengan variasi analit yang berbeda, kurva respon SPR akan
bergeser sehingga memiliki sudut resonansi yang berbeda seperti ditunjukkan
Gambar 3.7.
Gambar 3.7 Kurva respon SPR yang bergeser untuk pengujian sensor berbasis
SPR pada kondisi analit yang berbeda
Pergeseran sudut resonansi juga dapat diamati melalui kurva sensorgram.
Sensorgram menampilkan perubahan sudut resonansi terhadap waktu,
menunjukkan fitur real-time dari sensor berbasis surface plasmon resonance.
Sensorgram membentuk kurva dengan sudut resonansi konstan yang kemudian
meningkat secara signifikan ketika sensor berinteraksi dengan analit dan kembali
ke kedudukan semula ketika analit lepas dari permukaan sensor. Secara umum
kurva sensorgram memiliki bagian-bagian seperti ditunjukkan Gambar 3.8.
-
35
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Gambar 3.8 Bentuk umum kurva sensorgram dari hasil pengujian sensor berbasis
SPR pada satu variasi analit (Marquart, 2006)
Baseline merupakan kurva yang terbentuk ketika permukaan sensor
berinteraksi dengan buffer atau analit yang dijadikan acuan pergeseran sudut SPR,
nilainya konstan karena menunjukkan sudut SPR pada analit yang sama.
Berikutnya, ketika analit sampel diinjeksikan ke dalam flow cell sehingga
berinteraksi dengan sensor, terjadi transisi antara buffer dan sampel dikenal
sebagai bulk shift (pergeseran massal) yang sebanding dengan perubahan indeks
bias analit. Asosiasi harus mengikuti eksponensial tunggal dan memiliki
kelengkungan sebelum injeksi analit sampel berakhir. Kecepatan asosiasi
tergantung pada konstanta laju asosiasi dan konsentrasi analit. Sensorgram akan
kembali konstan secara horizontal ketika sensor berinteraksi tetap dengan analit
sampel, kedudukan ini disebut kondisi tunak atau ekuilibrium. Kedudukan tunak
dipengaruhi oleh konsentrasi analit sampel, laju disosiasi dan kecepatan injeksi
analit sampel. Jika laju disosiasi lambat, maka diperlukan injeksi yang lambat
untuk mencapai kedudukan tunak. Selama disosiasi, kurva harus mengikuti
eksponensial tunggal. Disosiasi hanya bergantung pada konstanta laju disosiasi
tetapi dalam kasus interaksi sensor-analit yang kuat, kurva bisa hampir horizontal.
Disosiasi selesai ketika kurva kembali ke kedudukan awal (baseline) (Jang dkk.,
2015; Marquart, 2006)
-
36
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
3.5.1.2 Optimasi Indeks Bias Analit
Optimasi indeks bias dilakukan untuk memperoleh nilai indesk bias larutan
glukosa yang berlaku pada pengujian sensor berbasis SPR. Optimasi dilakukan
dengan menggunakan perangkat lunak SPR Navi LayerSolver, langkah-langkah
penggunaan perangkat lunak secara umum diGambarkan dengan diagram alur
pada Gambar 3.9 berikut:
Gambar 3.9 Diagram alur optimasi indeks bias
Mulai
Memuat kurva respon SPR (buffer) dan model
sensor chip ke dalam SPR Navi LayerSolver
Menyiapkan data hasil
pengujian sensor SPR dan
model sensor chip
Model sensor chip hasil optimasi (d, n,
k dioptimasi)
Memulai proses optimasi
Memuat kurva respon SPR hasil pengujian sensor
dengan larutan glukosa (analit) dan memasukkan
nilai indeks biasnya (berdasarkan literatur) ke
dalam model hasil optimasi
Memulai proses optimasi
Nilai indeks bias larutan glukosa hasil
optimasi
Selesai
-
37
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Indeks bias suatu material dapat diketahui dari literatur, namun untuk
nanolayer, nilai indeks bias dipengaruhi ketebalan, metode deposisi dan
karakterisasi (Tompkins dkk., 2000). Sehingga dalam pengujian sensor SPR
dengan film tipis emas ketebalan ~50 nm dengan menggunakan instrumen SPR
Navi 200, nilai indeks bias material sensor maupun analit dioptimasi kembali
menggunakan perangkat lunak SPR Navi LayerSolver. Perangkat lunak ini
bekerja dengan memodelkan, menghitung dan mengulangi beberapa persamaan
Maxwell simultan untuk sistem optik multilayer (BioNavis Ltd., 2016). Dalam
penelitian ini, perangkat lunak digunakan untuk mengoptimasi diantaranya indeks
bias dan ketebalan material sensor yaitu emas (Au) dan kromium (Cr) serta indeks
bias analit yaitu air dan larutan glukosa.
Ketebalan material mula-mula diketahui, untuk emas dAu = ~50 nm
sedangkan ketebalan kromium diperkirakan pada rentang 0,5 – 2 nm. Nilai indeks
bias diketahui dari literatur sebagaimana ditunjukkan oleh tabel 3.2 (BioNavis
Ltd., 2015) untuk material sensor.
Tabel 3.2
Indeks bias material sensor pada panjang gelombang 670 nm dan 785 nm
(BioNavis Ltd., 2016)
No. Material Indeks Bias (RIU)
n k
Panjang Gelombang 670 nm
1. Emas (Au) 0,1741 36123
2. Kromium (Cr) 3,5297 4,2685
3. Kaca (BK7) 1,5202 -
Panjang Gelombang 785 nm
1. Emas (Au) 0,1836 4,5871
2. Kromium (Cr) 3,9736 4,1895
3. Kaca (BK7) 1,5162 -
-
38
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Sedangkan indeks bias larutan glukosa dengan konsentrasi dan panjang
gelombang yang digunakan, diperoleh dari persamaan hubungan indeks bias
dengan konsentrasi dan panjang gelombang melalui analisis fitting linear kurva
yang dibentuk oleh data eksperimen pada literatur (Belay, 2018) sebagaimana
ditunjukkan oleh tabel 2.1. Nilai-nilai tersebut digunakan untuk membangun
model awal sensor yang berikutnya akan dioptimasi berdasarkan kurva respon
SPR melalui kalkulasi oleh LayerSolver. Nilai yang akan dioptimasi ditetapkan
sebagai variable yang berarti dipengaruhi oleh data kurva respon SPR, namun
untuk ketebalan ditetapkan sebagai dependency karena selain dipengaruhi kurva
respon SPR, nilainya juga bergantung satu sama lain antara dua panjang
gelombang yang digunakan, seperti ditunjukkan oleh Gambar 3.10:
Gambar 3.10 Pengaturan model awal sensor
Kurva respon SPR yang digunakan untuk membangun model optimasi adalah
kurva respon SPR terhadap air sebagai buffer, selain itu hanya dipilih bagian
kurva yang menunjukkan adanya aktivitas surface plasmon yang ditandai dengan
perubahan reflektansi. Pada hasil eksperimen ini perubahan reflektansi
ditunjukkan pada rentang sudut datang 58° – 78°. Berikutnya, kurva respon SPR
dihubungkan dengan model awal masing-masing panjang gelombang, sehingga
-
39
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
kalkulasi LayerSolver menghasilkan model optimasi sensor (AU BG 670 water
dan AU BG 785 water) sebagaimana ditunjukkan Gambar 3.11.
(a) (b)
Gambar 3.11 Model optimasi sensor hasil kalkulasi SPR Navi LayerSolver pada
panjang gelombang (a) 670 nm dan (b) 785 nm
Model optimasi tersebut digunakan untuk mengoptimasi nilai indeks bias
larutan glukosa yang digunakan sebagai analit dalam eksperimen, sehingga nilai
indeks bias analit ditetapkan sebagai variable sedangkan nilai lainnya ditetapkan
sebagai fixed. Optimasi dilakukan dengan mengganti analit water menjadi glukosa
beserta dengan indeks biasnya kemudian dihubungkan dengan kurva respon SPR
masing-masing untuk dilakukan optimasi melalui perhitungan iterasi tunggal.
Prosedur dilakukan satu per satu untuk masing-masing konsentrasi glukosa agar
diperoleh indeks bias optimal untuk setiap konsentrasi larutan glukosa.
3.5.2. Akurasi Deteksi (DA)
Akurasi deteksi (DA) yang merupakan invers dari full width at half maximum
(FWHM), atau dapat dituliskan sebagaimana persamaan 3.4 berikut:
(3.4)
Sehingga, semakin sempit nilai FWHM, maka semakin besar akurasi deteksinya.
diperlukan perhitungan nilai FWHM. Untuk dapat mengetahui nilai DA hasil
pengujian sensor berbasis SPR.
-
40
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
Full width at half maximum (FWHM) didefinisikan sebagai lebar angular
kurva respon SPR untuk setengah nilai maksimum reflektansinya. Nilai ini dapat
diketahui dengan mencari titik potong sumbu x pada setengah tinggi kurva atau
setengah dari nilai dikurangi , sebagaimana ditunjukkan pada Gambar
3.12 (Bdullah dkk., 2018).
Gambar 3.12 Skema FWHM pada kurva respon SPR (Bdullah dkk., 2018)
Pertama-tama, tinggi setengah kurva atau half maximum dihitung dengan
menggunakan persamaan 3.5, kemudian dengan menggunakan fitur screen reader
pada OriginPro 2016 data pada titik half-maximum dibaca dengan kata lain titik
potong sumbu x pada kedua sisi kurva diketahui sebagai dan . Sehingga
berikutnya FWHM dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 3.6.
(3.5)
(3.6)
3.5.3. Signal-to-Noise Ratio (SNR)
Parameter lain yang dapat diketahui dari kombinasi pergeseran sudut
resonansi dan akurasi deteksi adalah rasio signal-to-noise (SNR). SNR juga
diketahui sebagai basis figure-of-merit (FOM) pada SPR dan dapat diketahui
melalui perkalian pergeseran sudut resonansi dengan akurasi deteksi (Bdullah
dkk., 2018).
-
41
Chandra Wulandari, 2019 PERFORMA SENSOR BERBASIS SURFACE PLASMON RESONANCE (SPR) KONFIGURASI KRETSCHMANN DENGAN FILM TIPIS EMAS UNTUK DETEKSI GULA DARAH Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu | perpustakaan.upi.edu
(3.7)
00000. Full Draft - Draft Skripsi Chandra Wulandari UPLOAD00. Lampiran ALL - Draft Skripsi Chandra Wulandari FOOTER.docx