PENGESAHAN TESIS. PENDETEKSIAN LOGAM Fe,Mn,dan Cu DI DALAM AIR DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR KITOSAN YANG TERINTEGRASI PADA MIKROKONTROLLER AT MEGA 8535

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis : PENDETEKSIAN LOGAM Fe,Mn,dan Cu DI DALAM AIR DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR KITOSAN YANG

TERINTEGRASI PADA MIKROKONTROLLER AT MEGA 8535

Nama Mahasiswa : UCOK OKA RAKASIWI HARAHAP

Nomor Induk Mahasiswa : 117026003

Program Studi : Magister Ilmu Fisika

Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengatahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Menyetujui, Komisi Pembimbing

Dr. Tulus Ikhsan Nasution,M.Sc Dr. Hamonangan Nainggolan,M.Sc Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Dekan,

Dr. Nasruddin MN, M. Eng. Sc Dr. Sutarman, M. Sc

PERNYATAAN ORISINALITAS

PENDETEKSIAN LOGAM Fe,Mn,dan Cu DI DALAM AIR DENGAN

MENGGUNAKAN SENSOR KITOSAN

YANG TERINTEGRASI PADA MIKROKONTROLLER

AT MEGA 8535

TESIS

Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

Medan, 24 Juli 2013

UCOK OKA RAKASIWI HARAHAP NIM. 117026003

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : Ucok Oka Rakasiwi Harahap NIM : 117026003

Program Studi : Magister ilmu Fisika Jenis karya ilmiah : Tesis

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara hak bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul :

PENDETEKSIAN LOGAM Mn, Fe, DAN Cu DIDALAM AIR DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR KITOSAN YANG TERINTEGRASI PADA

MIKROKONTROLLER AT MEGA 8535

Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan) dengan hak bebas royalty Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data-base, merawat dan mempublikasikan tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

Medan, 25 juli 2013

Telah diuji pada

Tanggal : 24 Juli 2013

PANITIA PENGUJI TESIS

Ketua : Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M. Sc Anggota : 1. Dr. Hamonangan Nainggolan, MSc

2. Dr. Nasruddin MN,M.Eng,Sc 3. Dr. Susilawati,M.Si

DAFTAR RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap berikut gelar : Ucok Oka Rakasiwi Harahap,ST, S.Pd Tempat dan Tanggal Lahir : Sibolga, 5 Juni 1979

Alamat Rumah : Jln.Murai No.34 Kelurahan Aek Manis Sibolga Telepon/ HP : 0813 62111 805

E-mail : rakasiwioka@yahoo.com Instansi Tempat Kerja : SMK Negeri 3 Sibolga

Alamat Kantor : Jln.R.Suprapto,Kecamatan Tukka, Sibuluan Raya Sibolga-Tapanuli Tengah

DATA PENDIDIKAN

SD : Negeri 081239 Sibolga Tamat : 1991 SMP : SMP Negeri 1 Sibolga Tamat : 1994 SMU : SMU Negeri 2 Sibolga Tamat : 1997 Strata- 1 : FTI-Teknik Mesin ITM Tamat : 2003 : FKIP MIPA-Fisika UMTS Tamat : 2007 Strata- 2 : FMIPA- Ilmu Fisika USU Tamat : 2013

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT Tuhan Yang Maha Esa atas segala limpahan rahmad, taufik dan hidayah-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Shalawat beriring salam atas junjungan Rasulullah Muhammad SAW, beserta keluarga dan sahabatnya yang telah memberikan petunjuk bagi umat manusia menuju kejalan yang benar.

Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah saya mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada :

Kepala BAPPEDA Provinsi Sumatera Utara beserta jajarannya yang telah memberikan Beasiswa kepada kami selaku guru yang bertugas didaerah Sibolga khususnya dan di Provinsi Sumatera Utara pada umumnya sehingga kami dapat menyelesaikan pendidikan Magister ilmu Fisika sebagai wujud program peningkatan mutu/kompetensi guru di Sumatera Utara

.Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc(CTM), Sp.A(K), atas kesempatan yang telah diberikan kepada kami untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains ilmu Fisika.

Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Dr. Sutarman,M. Sc. atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Sains pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

Ketua Program Studi Magister Fisika, Dr. Nasruddin MN., M.Eng.Sc., Sekretaris Program Studi Magister Fisika, Dr.Anwar Dharma Sembiring, M.S., beserta seluruh Dosen pada Program Studi Magister Fisika Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.

Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setingi-tinginya Penulis ucapkan kepada :

1. Ayahanda tercinta Alm.Amir Hamzah Harahap dan Ibunda Hj.Rosliana Siregar yang telah membesarkan dan selalu membimbing sekaligus penyemangat bagi kehidupan penulis yang tak terhitung nilainya dan tak terbalas jasanya sampai kapan pun.

2. Tulang Alm.Ir.H.Ichwan Saleh Siregar dan Nantulang Hj.Sri Khuzaimah Lubis yang telah memotivasi dan mendukung penulis.

3. Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc selaku Pembimbing Utama dan Dr.Hamonangan Nainggolan,M.Sc Anggota pembimbing yang dengan penuh perhatian telah memberikan

dorongan, bimbingan dan arahan, dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian ini.

4. Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc., bapak Dr.Anwar Dharma Sembiring,MS, dan Ibu Dr.Susilawati, M.S selaku penguji yang telah banyak memberikan masukan dan saran dalam penyempurnaaan tesis ini.

5. Terkhusus buat Isteri tercinta dr.Indrina handayani Siregar yang telah memotivasi penulis, My lovely Shafalia Rizky Raka Harahap (Puteri tersayang) yang selalu ada dihati penulis.

6. Kakanda Ferie Putra Amros Harahap,SKM/kel, beserta adinda-adindaku tercinta Vera Fitri Amros Hrp,AM.Keb/kel, Suasana Krisna Hrp,AM.Keb/kel, Raja Aman Hrp,S.PdI, dan Cok Haratua,ST yang selalu ada dihati penulis.

7. Kepala Laboratorium Polimer FMIPA USU, Kepala Laboratorium Penelitian FMIPA USU, beserta staf atas fasilitas dan sarana yang telah diberikan selama penelitian.

8. Kepala Dinas Pendidikan Kota Siboga Alpian Hutauruk,M.Pd, Kepala SMK Negeri 3 Sibolga Drs.Awaliul Ramdani,beserta Dewan guru SMK Negeri 3 Sibolga yang telah membantu dan memberikan kesempatan kepada penulis untuk melanjutkan pendidikan Program magister Ilmu Fisika Di Universitas Sumatera Utara.

9. Rekan-rekan Magister ilmu fisika universitas sumatera utara angkatan 2011,khususnya buat sahabat yang ada di tasbi.

Tidak menutup kemungkinan tesis ini masih kurang sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pihak pembaca demi kesempurnaan tesis ini.

“AKSI = REAKSI”

Medan,24 Juli 2013 Penulis

PENDETEKSIAN LOGAM Fe,Mn,DAN Cu DIDALAM AIR DENGAN

MENGGUNAKAN SENSOR KITOSAN YANG TERINTEGRASI PADA

MIKROKONTROLLER AT MEGA 8535

ABSTRAK

Film dari kitosan yang mampu untuk mendeteksi keberadaan unsur Mn, Fe, dan Cu didalam air aquades pada konsentrasi 25,50, dan 100 ppm . Kitosan yang dipergunakan disintesis dari kulit udang dan kepiting. Kitosan memiliki potensi yang besar sebagai biosensor karena keberadaan gugus amino (-NH2) dan gugus hidroksil (-OH) dalam struktur molekulnya yang memberikan titik aktif yang akan berinteraksi dengan ion logam.Dari hasil pendeteksian kemampuan pengulangan,kecepatan respon, stabilitas,dan sensitivitas yang dilihat pada grafik untuk sensor ini menunjukkan bahwa material sensor mampu mendeteksi keberadaan ion logam didalam aquades pada suhu kamar dan tingkat kelembaban tertentu.Waktu tanggap dari sensor adalah sekitar 20 detik sejak ion dalam fasa gas tedeteksi terhadap permukaan sensor dalam kondisi suhu dan kelembaban udara yang berbeda. Disamping itu diperoleh juga bahwa nilai Tegangan pada sensor meningkat ketika konsentrasi Senyawa Mn,Fe, dan Cu dinaikkan. Disisi lain, ketika paparan deteksi ion logam dihilangkan,sensor menunjukkan kemampuan untuk pulih kembali dengan cepat dan baik selama 20 s.Dari pengukuran berulang yang dilakukan, dapat dilihat bahwa sensor kitosan juga menunjukkan hasil yang konsisten. Oleh karena itu, kitosan memiliki potensi besar untuk dimanfaatkan sebagai bahan yang baru untuk mendeteksi keberadaan logam didalam aquades.

METAL DETECTION Fe, Mn, AND Cu IN WATER USING THE INTEGRATED SENSOR CHITOSAN MICROCONTROLLER AT MEGA 8535

ABSTRACT

Films of chitosan is able to detect the presence of elements of Mn, Fe, and Cu in aquades at concentrations of 25,50, and 100 ppm were. Used synthesized chitosan from shrimp shells and crabs. Chitosan has a great potential as a biosensor for the presence of an amino group (-NH2) and hydroxyl (-OH) in the molecular structure that provides active point will interact with metal ions.The result by detect,repeatability,response of speed,stability,and sensitivity that shown in the charts for this sensor indicates that the sensor is able to detect the presence of material of metal ions in aquades at room temperature and relative of Air humidity. Response time of the sensor is about 20 seconds since ions in the gas phase to the surface of the sensor temperature and humidity conditions are different. Besides, obtained also that the amount of voltage in the sensor increase as the concentration of compound Mn, Fe, and Cu increased. On the other hand, when exposure is eliminated metal ion detection,the sensor showed the ability to recover quickly and good about 20 s.When repeated measurements (repeatability) is done,it can be seen that the sensor chitosan also showed consistent results. Therefore, chitosan has a great potential to be used as a new material to detect the presence of metals in the aquades.

DAFTAR ISI

Halaman

PENGESAHAN TESIS i

PERNYATAAN ORISINALITAS ii

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI iii

PENEMPATAN PANITIA PENGUJI TESIS iv

DAFTAR RIWAYAT HIDUP v

KATA PENGANTAR vi

ABSTRAK viii

ABSTRACT ix

DAFTAR ISI x

DAFTAR TABEL xii

DAFTAR GAMBAR xiii

BAB I PENDAHULUAN ……….. 1 1.1. Latar Belakang ...1 1.2. Perumusan Masalah ………4 1.3. Tujuan Penelitian ...5 1.4 Manfaat Penelitian ...5 1.5 Batasan Masalah ...5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Sensor ...6

2.1.1. pengertian Umum Sensor ... 7

2.1.2. Sensor Kimia (Chemical sensor)……….. 8

2.2.Kitosan ………8

2.2.1. Sumber dan mutu kitosan ...9

2.2.2. Sifat Fisika- Kimia Kitosan ...10

2.2.3. Sifat Kitosan sebagai zat anti bakteri ...11

2.3. Mikrokontroller AT Mega 8535 ...12

2.3.1.Konfigurasi pin AT Mega 8535 ...14

2.3.3 Komunikasi serial pada AT Mega 8535 ...19

2.3.4.Liquid Crystal Display (LCD) 2 x 16 ………...20

2.3.5 Pengenalan Hyper terminal...21

2.3.6.Bahasa pemrograman Mikrokontroller 8535...22

2.3.7.Codevision AVR………..23

2.3.8.Visual Basic………...24

2.4.Logam Berat ………24

2.4.1.Hubungan jenis senyawa dan pelarut terhadap konduktivitas ……….24

2.4.2.Tembaga (Cu) ………26

2.4.3.Besi (Fe) ………27

2.4.4.Mangan (Mn) ……….28

2.5.Toksisitas logam berat ……….29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...30

3.1 Waktu dan lokasi Penelitian ……….31

3.2.Alat dan Bahan ...31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………...36

4.1. Karakterisasi Sensor film kitosan melalui variasi hasil pendeteksian ………..36

4.1.1.Kemampuan Pengulangan sensor (repeatibility) dalam mendeteksi sampel dan konsentrasi sama ...36

4.1.2.Hubungan konsentrasi sampel terhadap tegangan output pada konsentrasi yang berbeda ……….46

4.1.3.Variasi tegangan output terhadap pendeteksian pada konsentrasi yang sama………...48

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...54

5.1. Kesimpulan ...54

5.2. Saran ... …….55

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel Judul Halaman

2.1 Fungsi pin-pin port B ………... 16 2.2 Fungsi pin-pin port D ….…... 17

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Gambar Judul Halaman

2.1.1 2.1.2 2.1.3 Direct sensor ……… Complex sensor………... Biochemical sensor ………... 5 5 6 2.2 Waktu respon ... 7 2.3.1 2.3.2 serbuk kitosan ………. rumus kimia kitosan……….. 9 9

2.4 Blok diagram AT Mega 8535 ………. 13

2.5 KonfigurasipinATMega 8535………... 14

2.6 Peta memori program ……….. 18

2.7 Peta memori data ………... 19

2.8 LCD 2 x 16 ………... 20

2.9 Hubungan konduktivitas dengan konsentrasi... 24

2.10 Tembaga sulfat ... 26

2.11 Besi sulfat……… 28

2.12 Mangan sulfat ………. 29

3.1 Rangkaian peralatan sensor kitosan ……… 30

3.2 Skema rangkaian pengujian ………. 33

3.3 Diagram alir penelitian ... 35

4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10. 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21

Grafik kelembaban 3 sensor ………. Grafik temperatur terhadap waktu ………... Grafik tegangan output Mn 50 ppm ... Grafik Tegangan output Mn 25 ppm ………. Grafik Tegangan output Fe 100 ppm……….. Grafik kelembaban 3 sensor………. Grafik temperature terhadap waktu……… Grafik Fe 50 ppm……… Grafik Fe 25 ppm……… Grafik Cu 100 ppm ……… Grafik Cu 50 ppm………..

Grafik kelembaban terhadap waktu …... …….... Grafik Suhu terhadap waktu ……….

Grafik Cu repeatability 3 sensor ………. Grafik Mn 25,50,100 ppm …………... Grafik Fe 25,50,100 ppm ……… Grafik Cu 25,50,100 ppm ………... Grafik Mn,Fe,Cu 100 ppm………... Grafik Mn,Fe,Cu 50 ppm ………. Grafik Mn,Fe,Cu 25 ppm ………. 38 39 40 40 41 43 43 44 44 45 46 47 47 48 50 51 52 52 53 53