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