ii
PEMBUATAN SENSOR FIBER OPTIK BERBASIS
EVANESCENT WAVE UNTUK SENYAWA GLUKOSA
Disusun Oleh: Arni Candra Pratiwi
M0213012
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET
iii
HALAMAN PERSETUJUAN SKRIPSI
Pembuatan Sensor Fiber Optik Berbasis Evanescent Wave Untuk Senyawa
Glukosa
Oleh
Arni Candra Pratiwi M0213012
Telah disetujui oleh
Pembimbing I
Ahmad Marzuki S.Si, Ph.D Tanggal : NIP. 19680508 1997021001
Pembimbing II
iv
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul: Pembuatan Sensor Fiber Optik Berbasis Evanescent Wave Untuk Senyawa Glukosa
Yang ditulis oleh:
Nama : Arni Candra Pratiwi NIM : M0213013012
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada Hari : Jumat
3. Anggota Penguji 1
Ahmad Marzuki S. Si., Ph. D.
NIP. 19680508 1997021001 …..………
4. Anggota Penguji 2
Venty Suryanti, S. Si., M. Phil., Ph. D.
NIP. 197208171997022001 …..………
Disahkan pada tanggal ………. Oleh
Kepala Program Studi Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret Surakarta
v
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual skripsi saya yang berjudul
“Pembuatan Sensor Fiber Optik Berbasis Evanescent Wave Untuk Senyawa
Glukosa” adalah hasil kerja saya dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi skripsi
tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau materi yang telah diajukan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi lainnya kecuali telah dituliskan di daftar pustaka skripsi ini dan segala bentuk bantuan dari semua pihak telah ditulis di bagian ucapan terimakasih. Isi skripsi ini boleh dirujuk atau difotokopi secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 31 Juli 2017
vi
HALAMAN MOTTO
“An experiment is a question which science poses to Nature, and a measurement is the recording of Nature’s Answer”
-Max Planck
“As swift as the wind, as silent as a forest, as fierce as fire, as immovable as a
mountain”
-Sun Tzu
Curiousity brings you the courage to learn something new.
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan menyebut nama Allah dan dengan penuh rasa syukur, karya ini saya persembahkan kepada:
Ibu Wiwik Wijayanti, Bapak Among Wiwoho,
Tya, Jati,
Seluruh keluarga,
Rekan rekan Fisika FMIPA UNS,
dan
viii
Pembuatan Sensor Fiber Optik Berbasis Evanescent Wave Untuk Senyawa
Glukosa
Arni Candra Pratiwi
Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian mengenai perubahan intensitas cahaya pada sensor berdasarkan prinsip adanya gelombang evanescent. Penelitian ini menggunakan glukosa sebagai objek penelitian. Variasi konsentrasi glukosa sebagai sampel menyebabkan perubahan intensitas cahaya yang melewati fiber optik. Metode dari penelitian ini adalah membuat daerah sensing area fiber optik dengan memberikan perlakuan polish sepanjang 8 cm. Polish dilakukan agar sebagian dari cladding dan core fiber optik terkelupas. Cahaya yang keluar dari sensing area selanjutnya dianalisa menggunakan spektrometer, yang menghasilkan nilai intensitas cahaya dan panjang gelombang. Analisa yang digunakan adalah perbandingan hasil interaksi evanescent antara sampel glukosa dengan fiber pada panjang gelombang yang berbeda beda. Sumber cahaya yang digunakan adalah LED 5 Watt high power berbagai warna. Perubahan intensitas masing-masing panjang gelombang pada spektrometer dibandingkan dengan absorbansi sampel glukosa menggunakan spektrometer UV-VIS. Hasil yang didapatkan, absorbansi dengan nilai linieritas terbaik glukosa terdapat pada sumber cahaya merah, dengan panjang gelombang sebesar (613,7±1,3) nm. Linearitas yang didapatkan pada absorbansi panjang gelombang merah adalah 0,973.
ix
Fabrication of Optical Fiber Sensor Based On Evanescent Wave as A Glucose
Sensor Arni Candra Pratiwi
Physics Department, Faculty of Mathematics and Science Sebelas Maret University
ABSTRACT
A study of changes in the intensity of light on the sensor based on the principle of an evanescent wave has been conducted. The main objective of this research was to find the relation between various glucose concentration and the absorbance obtained in the sensing area. This research uses glucose as the object of research. The presence of variations in glucose concentration as a sample causes a change in the intensity of light passing through the optical fiber. The method of this research is to make a fiber optic sensing area by giving polish treatment along 8cm. Polish is done so that part of the cladding and fiber optic core peeled off. The light output from the sensing area is then analyzed using a spectrometer, which will produce light intensity and wavelength. The analysis used was the comparison of evanescent interaction results between glucose samples with fiber at different wavelengths. Light source used was LED 5 Watt high power various colors. The change in intensity of each wavelength in the spectrometer was compared with the absorbance of glucose sample using the UV-Vis Spectrometer. The results obtained that the best linearity of absorbance change in glucose samples were found in red light sources with a wavelength of (613.7±1.3) nm. The linearity obtained in the absorbance of the red wavelength was 0.973.
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan rahmat-Nya. Sholawat serta salam penulis haturkan kepada Rosulullah SAW yang telah membimbing umat dari gelapnya jahiliyah menuju terangnya ilmu. Atas berkat dan rahmat Allah Yang Maha Kuasa, penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi yang berjudul, “Pembuatan Sensor Fiber Optik Berbasis Evanescent Wave Untuk Senyawa Glukosa” ini dengan baik. Skripsi ini disusun untuk memenuhi sebagian persyaratan guna memperoleh derajat Sarjana Sains di Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta.
Skripsi ini disusun berdasarkan apa yang telah penulis lakukan pada penelitian di Program Studi Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sebelas Maret (UNS) Surakarta. Dalam penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan dan masukan dari beberapa pihak. Maka dari itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Ahmad Marzuki S.Si., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing Utama yang selalu memberikan dukungan, bimbingan dan arahan dari awal penelitian hingga akhir penulisan skripsi.
2. Ibu Venty Suryanti, S.Si., M.Phil., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing Pendamping yang telah memberikan ilmu dan arahan kepada penulis dengan sabar dan bijaksana.
3. Ayah Among Wiwoho, Ibu Wiwik Wijayanti, Adik Anitya Ratna Hapsari, dan Akhmad Jati Purnomo, Pakde Widi dan Tante Ati serta Mbahti dan Mbahkung Cirebon dan Glempang sebagai sumber semangat penulis untuk mencintai Ilmu Pengetahuan.
xi
5. Bapak dan Ibu dosen serta seluruh Staff di Program Studi Fisika FMIPA UNS yang telah banyak memberikan ilmu tidak ternilai besarnya bagi penulis.
6. Teman-teman Optics and Photonics Research Group UNS (Bangun, Ferifta, Govinda, Lintang, Rumaisya, Salwa, Pupus, Putri) yang selalu membantu, menemani dan mendukung dalam pengerjaan penelitian ini. 7. Teman-teman Physics English Club (Kak Yosua, Mba Eva, Mba Diani, Mba Amel, Naufal, Trio, dll) yang selalu berbagi ilmu dan kebahagiaan baru setiap hari sabtu di Taman Mipa.
8. Teman-Teman EMF 2013 (Rica, Desi, Anggit, Esti, Hanifah, Diaz, Bintang, dan semua yang tidak dapat disebutkan namanya satu per satu) untuk waktu, ilmu dan bantuan selama menyusun tugas akhir ini maupun saat menjalani aktivitas bersama.
9. Gesit Tali Singgih, Sahabat terdekat yang selalu memunculkan rasa ingin tahu penulis mengenai dalam dan luasnya lautan Ilmu.
10.Semua pihak yang telah membantu dalam kegiatan dan penyelesaian penulisan laporan ini yan tidak bisa disebutkan satu persatu.
Semoga seluruh kebaikan yang telah diberikan dibalas oleh Allah SWT dengan kebaikan yang bekali-kali lipat besarnya. Penulis menyadari akan banyaknya kekurangan dalampenulisan Skripsi ini. Kritik dan saran yang membangun akan sangat dihargai oleh penulis demi menjadikan karya ini lebih baik lagi. Akhir kata, semoga laporan penelitian ini bermanfaat bagi pembaca.
xii PUBLIKASI
xiii DAFTAR ISI
HALAMAN PERSETUJUAN SKRIPSI ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv BAB I PENDAHULUAN ... Error! Bookmark not defined.
xiv
2.4 Glukosa ... Error! Bookmark not defined. BAB III METODOLOGI PENELITIAN... Error! Bookmark not defined. 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... Error! Bookmark not defined. 3.2 Alat Dan Bahan Penelitian ... Error! Bookmark not defined. 3.2.1 Alat ... Error! Bookmark not defined. 3.2.2 Bahan Penelitian ... Error! Bookmark not defined. 3.2.3 Software Penunjang ... Error! Bookmark not defined. 3.3 Metode Penelitian ... Error! Bookmark not defined. 3.3.1 Persiapan Alat dan Bahan ... Error! Bookmark not defined. 3.3.2 Pembuatan Sampel Glukosa ... Error! Bookmark not defined. 3.3.3 Pengambilan Data Referensi ... Error! Bookmark not defined. 3.3.4 Pembuatan Alat... Error! Bookmark not defined. 3.3.5 Pengujian Alat ... Error! Bookmark not defined. 3.3.6 Pengambilan dan Pengolahan Data .... Error! Bookmark not defined. 3.3.7 Analisa Data ... Error! Bookmark not defined. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... Error! Bookmark not defined. 4.1 Pembuatan Sampel Glukosa ... Error! Bookmark not defined. 4.2 Pembuatan Daerah Sensor ... Error! Bookmark not defined. 4.3 Data spectrometer UV-Vis dan Refraktometer Error! Bookmark not
defined.
4.4 Spektrometer Cahaya ... Error! Bookmark not defined. 4.5 Analisa Absorbansi Sampel Glukosa menggunakan Spektrometer
Cahaya ... Error! Bookmark not defined. 4.5.1 Hubungan Absorbansi sebagai Fungsi dari Konsentrasi Glukosa pada
LED Biru ... Error! Bookmark not defined. 4.5.2 Hubungan Absorbansi sebagai Fungsi dari Konsentrasi Glukosa pada
LED Hijau... Error! Bookmark not defined. 4.5.3 Hubungan Absorbansi sebagai Fungsi dari Konsentrasi Glukosa pada
LED Putih ... Error! Bookmark not defined. 4.5.4 Hubungan Absorbansi sebagai Fungsi dari Konsentrasi Glukosa pada
LED Orange ... Error! Bookmark not defined. 4.5.5 Hubungan Absorbansi sebagai Fungsi dari Konsentrasi Glukosa pada
xv
4.6 Perubahan Nilai Absorbansi terhadap kedalaman Polishing Pad Daerah Sensor ... Error! Bookmark not defined. 4.7 Perbandingan data Absorbansi menggunakan UV-Vis dengan
Spektrometer cahaya ... Error! Bookmark not defined. 4.8 Analisa Evanescent terhadap Perubahan Nilai Absorbansi ... Error!
Bookmark not defined.
4.9 Repeatibility Biochemical Fiber Sensor ... Error! Bookmark not defined.
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1.Format pengambilan data absorbansi dengan spektrometer UV-Vis ... Error! Bookmark not defined. Tabel 3.2.Format pengambilan data Indeks Bias menggunakan Refraktometer
... Error! Bookmark not defined. Tabel 3.3. Format pengambilan data Absorbansi dengan Spektrometer Cahaya
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Peristiwa pembiasan terjadi ketika cahaya mengenai bidang batas antara dua medium yang memiliki indeks bias berbeda (Serway, 2009) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.2. Ilustrasi yang menggambarkan (a)kenaikan sudut datang hingga
melampau nilai sudut kritis akan mengakibatkan pemantulan total (b)sudut datang cahaya tepat pada sudut kritis (DeCusatis, 2006) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.3.Perbedaan indeks bias pada core dan cladding fiber optik
menyebabkan pemantulan internal total(DeCusatis, 2006) ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.4.Struktur fiber optik dilihat dari penampang melintang. (DeCusatis, 2006 ) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.5.Perbedaan ukuran antara singlemode dan multimode fiber optik.
(DeCusatis, 2006 ) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.6. Perbedaan lintasan cahaya pada Multimode graded index fiber,
Multimode step index fiber, dan singlemode step index fiber. (Al-Azzawi,2006) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.7.Konfigurasi fiber optik sebagai sensor (DeCusatis, 2006) ... Error!
Bookmark not defined.
Gambar 2.8. Ilustrasi gelombang berdiri dan medan evanescent yang terbentuk pada bidang batas core dan cladding Fiber Optik. .. Error! Bookmark not defined.
Gambar 2.9: Penggambaran gelombang Evanescent sebagai muka gelombang pada cladding (Iizuka, 2002) ... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.10: Susunan kimia glukosa ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.1.Skema Sensor Fiber Optik yang akan dibuat .. Error! Bookmark not
defined.
Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian ... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.3.Rangkaian Detektor ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.1. Pad sensor tampak samping ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.2. Pad sensor yang dibuat dan digunakan. Daerah sensing menunjukan
bagian fiber yang diberi perlakuan polish sehingga seluruh Cladding dan sebagian Core terkelupas pada sisi bagian atas. Error! Bookmark not defined.
xviii
Gambar 4.4. Grafik Perubahan Nilai Indeks Bias Larutan Glukosa dengan Variasi Konsentrasi ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.5. Tampilan GUI pada Labview yang digunakan sebagai Aplikasi
pengambilan data ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.6.Grafik intensitas LED (a) Biru, (b) Hijau, (c) Merah (d) Orange,
(e)Putih ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.7. Grafik Perubahan nilai absorbansi menggunakan sumber cahaya
(a)Biru, (b) Hijau, (c) Merah, (d) Orange, dan (e) Putih ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.8.Grafik Absorbansi sebagai Fungsi konsentrasi glukosa pada Sumber Cahaya LED Biru ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.9.Grafik Absorbansi sebagai fungsi konsentrasi glukosa menggunakan
Sumber Cahaya LED Hijau ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.10.Grafik Absorbansi sebagai Fungsi konsentrasi glukosa
menggunakan Sumber Cahaya LED Putih dengan puncak panjang gelombang (a)448,3 nm dan (b)537,2 nm ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.11. Grafik Absorbansi sebagai Fungsi konsentrasi glukosa
menggunakan Sumber Cahaya LED Orange .... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.12.Grafik Absorbansi sebagai Fungsi konsentrasi Glukosa
menggunakan Sumber Cahaya LED Merah ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.13.Grafik Perbandingan Nilai Absorbansi sebagai Fungsi konsentrasi Glukosa pada Pad Pertama dan Kedua ... Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.13Grafik Absorbansi sebagai Fungsi konsentrasi Glukosa
menggunakan Sumber Spektrometer UV-Vis .. Error! Bookmark not defined.
Gambar 4.14.Grafik Perbandingan Nilai Absorbansi sebagai Fungsi konsentrasi Glukosa menggunakan Spektrometer UV-Vis dan Spektrometer Cahaya ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.15.Grafik Repeatibility Biochemical Fiber Sensor untuk Deteksi
Konsentrasi Glukosa ... Error! Bookmark not defined. Gambar 4.14.Grafik Rata-rata nilaiAbsorbansi Biochemical Fiber Sensor pada 3
xx
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Blok Diagram Program yang dibuat Menggunakan Labview.Error!
Bookmark not defined.
Lampiran 2. Grafik Perubahan Intensitas sebagai Fungsi Panjang Gelombang
... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 3. Tabel Perubahan Indeks Bias sebagai Fungsi Konsentrasi Glukosa
... Error! Bookmark not defined.
Lampiran 4. Nilai Absorbansi Evanescent Menggunakan Sumber Cahaya LED
21
DAFTAR SIMBOL
Simbol Keterangan Satuan
n = indeks bias -
n1 = indeks bias medium pertama(core) -
n2 = indeks bias medium kedua(cladding) -
c = kecepatan cahaya di ruang hampa m/s
v = kecepatan cahaya pada material tertentu m/s
θi = sudut datang rad atau derajat
θr = sudut pantul rad atau derajat
r = Jari jari cm atau m
λ = Panjang gelombang nm
δ = Penetration Depth cm-1
A = Absorbansi -
