Pengembangan Spektrometer Cahaya Tampak Menggunakan LED RGB untuk Menentukan Konsentrasi Glukosa

Mona Berlian Sari - Spektrometer Cahaya Tampak menggunakan LED RGB untuk Menentukan Konsentrasi Glukosa

21

Pengembangan Spektrometer Cahaya Tampak Menggunakan LED RGB untuk Menentukan Konsentrasi Glukosa (masuk/received 16 September 2016, diterima/accepted 14 Desember 2016)A Development of Visible Light Spectrometer using RGB LED to Determine Glucose Concentration Mona Berlian Sari*, Yogie Sanjaya*, Mitra Djamal*,** *

Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesha No. 10, Bandung 40132, Indonesia Institut Teknologi Sumatera, Jl. Terusan Ryacudu, Lampung 35365, Indonesia [email protected]

**

Abstrak – Rancang bangun spektrometer menggunakan sumber cahaya dari cahaya tampak telah dibuat. Pada penelitian ini diukur nilai absorbansi, transmitansi, dan konsentrasi larutan glukosa. Spektrometer menggunakan satu sensor fotodioda, dua LED RGB sebagai sumber cahayanya dan dua sampel holder. Pergerakan sensor dikontrol menggunakan motor stepper. Keluaran sensor diolah di mikrokontroller ATMega 8 dan dikirim ke PC. Interface tampilan PC menggunakan GUI Visual Basic. Otomatisasi gerak sensor oleh motor stepper membuat pengukuran lebih efisien, dimana pada satu kali pengukuran dapat langsung dibandingkan larutan standar dan larutan yang diukur. Secara keseluruhan sistem menggunakan komponen dengan harga yang murah. Berdasarkan data hasil pengukuran, absortivitas tertinggi diperoleh jika sumber yang digunakan adalah LED hijau yaitu dengan kisaran 0,47-0,9. Kesalahan pengukuran konsentrasi menggunakan LED hijau berkisar antara 1,94% sampai 4,76% sedangkan secara keseluruhan kesalahan pengukuran konsentrasi berkisar antara 0,12% sampai 5,43%. Kata kunci: spektrometer, absorpsi, konsentrasi glukosa, cahaya tampak, mikrokontroler Abstract – A spectrometer prototype using light source from visible light have been made. This research aims to detect the absorbance, transmittance, and concentration of glucose solution. The spectrometer uses one photodiode sensor, two RGB LED as light source and two sample holders. The sensor movement is controlled by stepper motor automatically. Sensor output is processed by ATMega 8 microcontroller and sent to a PC. Data display is based on Visual Basic GUI Interface. The automatic sensor motion by stepper motor results an efficient measurement, where the standard solution and measured solution can be compared directly at one measurement. Overall the system uses low cost components. Based on measurement data, the highest absortivity obtained from green LED was about 0.47-0.9. The error of concentration measurement using green LED is about 1.94% to 4.76%, and overall the error of concentration measurement is about 0.12% to 5.43%. Key words: spectrometer, absorption, glucose concentration, visible light, microcontrollers I. PENDAHULUAN Konsentrasi larutan merupakan parameter yang sangat penting dalam perancangan produk, pengujian hasil industri dan lain sebagainya. Konsentrasi larutan menyatakan suatu besaran atau kadar suatu zat di dalam cairan [1]. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi ialah menggunakan spektroskopi. Spektroskopi merupakan metode yang memanfaatkan gejala yang ditimbulkan akibat interaksi cahaya dengan materi. Alat yang digunakan pada metode spektroskopi ialah spektrometer [2]. Dari beberapa energi gelombang elektromagnetik, salah satunya adalah cahaya tampak. Panjang gelombang untuk cahaya tampak adalah sekitar 350 nm-750 nm dengan frekuensi 4-7,4×1010 Hz [3]. Larutan dengan pH 7 menyerap spektrum cahaya tampak dengan panjang gelombang 400-600 nm [4]. Warna merah pada cahaya tampak memiliki panjang gelombang 650 nm, warna hijau memiliki panjang gelombang 510 nm, sedangkan warna biru memiliki panjang gelombang 475 nm [5]. Metode

serapan radiasi elektromagnetik dalam interval cahaya tampak menggunakan spektrometer visible light. Saat ini pengembangan spektrometer menggunakan sumber cahaya tampak untuk berbagai aplikasi telah banyak dilakukan baik yang diproduksi oleh perusahaan atau hasil penelitian ilmiah. Pengadaan spektrometer di berbagai laboratorium pendidikan membutuhkan biaya yang tidak sedikit karena pada umumnya spektrometer yang dijual dipasaran memiliki harga yang sangat mahal. Terdapat beberapa penelitian mengenai pembuatan spektrometer seperti pembuatan spektrometer berbasis Arduino dan Labview [6], spektrometer prisma menggunakan WebCam [2], maupun spektrometer WebCam menggunakan keping DVD sebagai kisi difraksi [7]. Spektrometer tersebut memiliki berbagai kelebihan dan kekurangan. Dengan menggunakan WebCam dapat dilihat secara langsung warna spektrum yang dihasilkan. Namun penelitian seperti ini bersifat kualitatif dan rentan terhadap kesalahan pengamatan. Hasil citra yang terekam pada WebCam berupa spektrum warna harus dibandingkan dengan referensi untuk mengetahui

Risalah Fisika Vol. 1 no. 1 (2017) 21-27 ISSN 2548-9011

22


intensitas dan panjang gelombangnya. Performa spektrometer dan interferensi dipengaruhi oleh lebar celah, guratan pada kisi, serta kestabilan dan intensitas sumber cahaya yang digunakan harus tinggi [7]. Analisis data harus memperhatikan penyeleksian gambar dan posisi piksel setiap warna [2]. Pada penelitian ini dilakukan pengukuran konsentrasi larutan glukosa. Pendeteksian konsentrasi glukosa dalam larutan menggunakan metode spekroskopi telah banyak digunakan seperti pengukuran konsentrasi glukosa menggunakan metode spektroskopi inframerah dan spektroskopi Raman [8]. Pada penelitian ini dikembangkan alat ukur konsentrasi glukosa menggunakan cahaya tampak. Spektrometer ini menggunakan dua buah LED RGB sebagai sumber cahaya, satu buah photodiode sebagai sensornya, dan dua buah sample holder. Sampel pertama merupakan larutan yang diukur dan sampel kedua adalah larutan standar. Hasil pengukuran yang ditampilkan di PC berupa data kuantitatif nilai transmitansi, absorbansi, dan konsentrasi larutan yang diukur. Keunggulan sistem ini dapat dilihat dari segi otomatisasi pergerakan sensor menggunakan motor stepper. Akibatnya, pada satu kali pengukuran dapat dibandingkan nilai transmitansi dan absorbansi larutan standar dengan larutan yang diukur secara langsung. Otomatisasi pergerakan sensor ini dapat meningkatkan efisiensi proses pengukuran. Secara keseluruhan sistem menggunakan komponen dengan harga yang murah. Melalui penelitian ini diharapkan dapat dihasilkan spektrometer yang murah namun spesifikasinya dapat memenuhi kebutuhan laboratorium pendidikan dalam upaya peningkatan pemanfaatan teknologi sebagai media pembelajaran.

A = ɛ cb dengan A merupakan nilai absorbansi, ɛ merupakan absortivitas molar (dm3mol-1cm-1), c merepresentasikan konsentrasi molar (moldm-3) dan b adalah panjang lintasan (cm). Nilai suatu absorbansi dan absortivitas tergantung pada panjang gelombang. Oleh sebab itu, nilai absorbansi tidak diukur secara langsung melainkan harus dihitung menggunakan perbandingan intensitas dari sebagian cahaya yang ditransmisikan melewati sampel. Jika I adalah intensitas cahaya setelah melewati sampel dan I0 adalah besar intensitas cahaya yang diukur sebelum melewati sampel, fraksi intensitas cahaya yang ditransmisikan (T) dapat dirumuskan sebagai [9] T = I/I0, A = log10 (1/T).

(1) (2)

Pada umumnya sebuah sistem elektronik dibangun mengunakan mikrokontroller. Mikrokontroller merupakan sebuah sistem mikroprosesor yang dibangun pada satu chip [10]. AVR ATMega 8 adalah mikrokontroler CMOS 8-bit berarsitektur AVR RISC yang memiliki 8 kbyte in System Programmable Flash. Mikrokontroler dengan konsumsi daya rendah ini mampu mengeksekusi instruksi dengan kecepatan maksimum 16MIPS pada frekuensi 16MHz. ATMega 8 memiliki 28 pin. Konfigurasi pin ATMega 8 dapat dilihat pada Gambar 2.

II. LANDASAN TEORI Ketika energi radiasi menumbuk suatu permukaan material, energi tersebut akan berinteraksi dengan atom dan molekul dari material [3]. Energi yang dipancarkan dapat diserap, ditransmisi, dipantulkan, dihamburkan oleh bahan atau dipendar tergantung pada struktur bahan seperti pada Gambar 1.

Gambar 1. Interaksi radiasi dengan bahan.

Absorbsi cahaya adalah peristiwa penyerapan cahaya oleh suatu bahan yang dilewati oleh cahaya tersebut [2]. Menurut Hukum Lambert-Beer: “Bila suatu cahaya monokromatis melalui suatu media yang transparan maka intensitas cahaya yang diteruskan sebanding dengan ketebalan dan kepekatan media”. Absorbansi dalam setiap daerah energi dinyatakan sebagai

Gambar 2. Konfigurasi pin ATMega 8.

Pada penelitian ini digunakan juga motor stepper. Motor stepper merupakan salah satu komponen elektronika yang gerakan rotornya dapat dikontrol dengan memberikan pulsa-pulsa yang dihasilkan dari sistem digital seperti mikroprosesor dan komputer. Gerakan motor stepper sesuai dengan pulsa-pulsa digital yang diberikan [11]. Seperti halnya motor DC biasa, motor stepper juga dapat berputar dalam dua arah yaitu searah jarum jam (CW) atau berlawanan arah jarum jam (CCW) yaitu dengan memberikan polaritas yang berbeda. Namun, tidak seperti motor AC dan DC yang berputar secara kontinu, perputaran motor stepper adalah secara incremental atau langkah per langkah (step by step). Bagian-bagian dari motor stepper tersusun atas rotor, stator, bearing, casing dan sumbu. Sumbu merupakan pegangan dari rotor. Ketika rotor berputar sumbu ikut berputar. Stator memiliki dua bagian yaitu pelat inti dan



lilitan. Pelat inti dari motor stepper ini biasanya menyatu dengan casing. Motor stepper yang digunakan adalah motor stepper unipolar dengan resolusi 1,8 derajat per step. Motor stepper bergerak setiap satu langkah dengan besar sudut 1,8 derajat, jadi untuk satu putaran penuh membutuhkan 200 step. Pada umumnya penggunaan motor stepper digandeng dengan IC ULN2003A. Secara teoritis, sebuah motor stepper dapat digerakkan langsung oleh mikrokontroller. Namun pada kenyataannya, arus dan tegangan yang dikeluarkan oleh mikrokontroller tidak cukup untuk menggerakkan motor stepper. Gerbang-gerbang TTL mikrokontroller hanya mampu mengeluarkan arus dalam orde miliampere dan tegangan antara 2 sampai 2,5 volt. Sementara untuk menggerakkan motor stepper dibutuhkan arus yang lebih besar (dalam orde ampere) dan tegangan berkisar antara 5 sampai 24 volt. Untuk mengatasi masalah tersebut diperlukan piranti tambahan yang dapat memenuhi kebutuhan arus dan tegangan untuk menggerakkan motor stepper. Rangkaian driver motor stepper merupakan rangkaian open collector, di mana output pada rangkaian ini terhubung dengan ground untuk mencatu lilitan-lilitan motor stepper. Digunakan IC ULN2003A sebagai driver motor stepper. IC ULN2003A adalah IC yang tersusun atas 7 buah Darlington array. IC ULN2003A mempunyai arus keluaran sampai 500 mA. Pada saat ketujuh driver tersebut ON, IC ini dapat mencatu daya sampai 230 W. ULN2003A mempunyai input serial yang dapat dipilih untuk operasi TTL atau CMOS 5V.

23

terjadi. Tegangan keluaran sensor akan berubah bergantung pada intensitas cahaya yang mengenainya. Tegangan keluaran sensor diperkuat melalui rangkaian amplifier. Rangkaian amplifier ini menggunakan IC LM358 sebagai IC penguat yang bertugas untuk menguatkan sinyal keluaran sensor photodiode untuk selanjutnya diolah di mikrokontroler. Exit slit diletakkan pada bagian depan sensor photodiode, berfungsi untuk memfokuskan cahaya yang telah melalui sampel agar cahaya yang jatuh tepat pada sensor photodiode fokus pada satu titik. Sistem kontrol digunakan untuk menggerakkan sensor photodiode. Fungsi ini dijalankan oleh motor stepper. Data hasil pengukuran dikirim ke PC melalui komunikasi serial untuk selanjutnya ditampilkan di PC menggunakan GUI Visual Basic. Pada sistem ini digunakan mikrokontroler ATMEGA8 yang bertugas mengendalikan transmisi data dan juga mengontrol kerja setiap blok yang digunakan. Mikrokontroller ATMEGA8 memiliki memory internal sebesar 8 kb sehingga dengan terhubungnya sistem ini ke PC memory penyimpanan data dapat ditingkatkan dengan signifikan. Gambar 4 menunjukkan desain susunan perangkat keras sistem yang dibuat.

III. METODE PENELITIAN 3.1 Blok Diagram Sistem Spektrometer Sistem yang dibuat tersusun dari komponen-komponen elektronika dengan blok diagram pada Gambar 3.

Gambar 4. Desain perangkat keras sistem spektrometer cahaya tampak menggunakan LED RGB.

3.2 Pembuatan Program Interface

Gambar 3. Blok diagram sistem spektrometer cahaya tampak menggunakan LED RGB.

Perangkat lunak yang digunakan terdiri dari dua bagian perangkat lunak, yaitu perangkat lunak mikrokontroler ATMega 8 dan perangkat lunak tampilan PC berbasis Visual Basic. Visual Basic digunakan untuk membuat program tampilan data hasil pengukuran. Interface yang digunakan antara sumber pulsa dan PC adalah mikrokontroler ATMega 8. Dalam sistem ini mikrokontroler ATMega 8 memiliki peranan yang penting dalam menerima data, mengolah data dan mengirimkan data ke sistem PC. Mikrokontroler ATMega 8 diprogram menggunakan CodeVision AVR. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Berdasarkan Gambar 3, sistem spektrometer yang dibuat terdiri dari sumber cahaya, sistem optik, sistem kontrol, sistem sensor, signal conditioning, mikrokontroler, dan tampilan data. Sumber cahaya yang digunakan adalah sumber cahaya tampak, yaitu LED RGB yang menghasilkan tiga warna yaitu merah, hijau dan biru. Perubahan warna ini dikontrol melalui mikrokontroler. Sensor yang digunakan adalah sensor photodiode. Sensor ini dapat mendeteksi perubahan intensitas cahaya yang

4.1 Blok Rangkaian Gambar 5 menunjukkan rangkaian sistem yang dibuat. Berdasarkan Gambar 5 dapat dilihat blok rangkaian yang digunakan dalam pembuatan spektrometer cahaya tampak yang disusun mengacu pada blok diagram serta desain perangkat keras pada Gambar 3 dan Gambar 4. Gambar 5a menunjukkan sumber cahaya dan tempat sampel yang digunakan, Gambar 5b merupakan catu daya teregulasi


24


yang digunakan untuk mengaktifkan sistem. Sistem minimum ATMega 8 dapat dilihat pada Gambar 5c. Pada Gambar 5c juga dapat dilihat IC ULN2003A yang digunakan untuk menggerakkan motor stepper pada Gambar 5d. Sensor dan rangkaian penguat sinyal keluarannya dapat dilihat pada Gambar 5e. Sketsa rangkaian elektronik sistem spektrometer secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 6.

pada LED yang digunakan dikontrol melalui PWM mikrokontroller. Catu daya yang digunakan adalah catu daya teregulasi dengan keluaran 5V. Tegangan 5V ini diperoleh melalui IC7805 dengan pull-up kapasitor sehingga dihasilkan tegangan DC teregulasi sebesar 5V yang stabil. Catu daya ini digunakan sebagai sumber daya bagi sistem. Rangkaian catu daya dapat dilihat pada Gambar 5b. Penggunaan motor stepper pada Gambar 5d digandeng dengan IC ULN2003A. Selanjutnya, tegangan keluaran sensor photodiode diperkuat melalui rangkaian op-amp amplifier. Rangkaian penguat op-amp menggunakan IC LM358 yang merupakan IC penguat operasional ganda (dual operational amplifiers).

4.2 Pembuatan Blok Program (a)

4.2.1

(b)

(c)

Program Sistem Instrumen Spektrometer Cahaya Tampak

Pemrograman sistem spektrometer cahaya tampak terdiri dari program pembacaan sensor dan motor stepper. Pemrograman menggunakan Code Vision AVR. Program dimulai dari pembacaan nilai sensor. Lampu LED merah dinyalakan. Tegangan yang dibaca dari rangkaian sensor diubah menjadi intensitas yang persamaannya diperoleh dari kalibrasi sensor. Data kemudian dikirim ke komputer melalui komunikasi serial untuk ditampilkan ke GUI. Begitupun untuk sumber cahaya warna hijau dan biru secara berurutan. Setelah pembacaan nilai intensitas pada sampel yang diuji selesai, sensor digerakkan oleh motor stepper menuju sampel standar. Flowchart program pembacaan sensor dapat dilihat pada Gambar 7.

(d)

(e) Gambar 5. (a) Sumber cahaya dan tempat sampel (b) catu daya teregulasi (c) sistem minimum ATMega 8 dan IC ULN2003A (d) motor stepper (e) rangkaian sensor dan amplifier.

Gambar 7. Diagram alir pemrograman.

Gambar 6. Rangkaian elektronik sistem.

Rangkaian terdiri dari sistem minimum ATMega 8, rangkaian pengendali motor stepper dan rangkaian penguat sensor photodiode. Sumber cahaya yang digunakan adalah LED RGB (Gambar 5a). LED RGB memiliki 3 buah warna yang dapat berubah-ubah tergantung kebutuhan. Pada sistem ini perubahan warna

Pembacaan sensor dimulai kembali dari sumber LED berwarna merah, hijau dan biru secara berurutan. Setelah pembacaan selesai, motor digerakkan berlawanan arah untuk menuju ke posisi semula. Pengukuran selesai. Untuk mengulangi pengukuran, ditekan tombol reset yang ditempatkan pada bagian luar box sistem. 4.2.2

Pembuatan Interface

Interface yang digunakan antara sistem sensor dan PC adalah Mikrokontroller ATMega8. Dalam sistem ini



mikrokontroller digunakan untuk mengontrol pergerakan motor stepper untuk memindahkan posisi sensor dari sampel standar ke sampel yang diuji. Mikrokontroller juga memiliki peranan yang penting dalam menerima data, mengolah dan mengirimkan data ke sistem PC. Data yang dikirimkan ke PC akan ditampilkan dalam software yang dibuat menggunakan Visual Basic. Tampilan PC menggunakan Graphical User Interface (GUI) berbasis software Visual Basic dihubungkan ke mikrokontroller melalui komunikasi serial. GUI adalah antarmuka pada sistem operasi atau komputer yang menggunakan menu grafis agar mempermudah para penggunanya untuk berinteraksi dengan komputer. Komunikasi serial sendiri merupakan komunikasi standar yang sering digunakan dalam sistem instrumentasi sebagai interface antara PC dan sistem instrumen yang dibuat. Kecepatan transfer data yang digunakan ialah pada baud rate 9600. Dari PC dapat dilihat tampilan data hasil pengukuran absorbansi dan konsentrasi sampel. Dengan menyamakan address antara mikrokontroller dan sistem komputer berbasis Visual Basic maka data dari mikrokontroler dapat diterima dan ditampilkan oleh komputer.

4.3 Pengujian Alat Pengujian alat dilakukan melalui berbagai tahapan, di antaranya adalah kalibrasi sistem sensor menggunakan lightmeter untuk mendapatkan persamaan yang menyatakan hubungan tegangan keluaran sensor terhadap intensitas cahaya. Selanjutnya, kalibrasi sistem sensor terhadap konsentrasi larutan glukosa (ppm) untuk memperoleh persamaan yang merepresentasikan hubungan antara intensitas cahaya dan konsentrasi larutan. Pengujian alat juga dilakukan dengan mengukur nilai absorbansi, transmitansi dan konsentrasi sampel. 4.3.1 Hubungan intensitas cahaya dan tegangan keluaran sensor Kalibrasi sensor diperlukan untuk mengetahui hubungan tegangan keluaran sensor dan intensitas cahaya. Tujuannya adalah untuk mendapatkan persamaan yang nantinya akan digunakan untuk mengkonversi nilai tegangan keluaran sensor menjadi nilai intensitas cahaya yang dapat diolah dan digunakan pada penentuan nilai absorbansi dan transmitansi larutan. Kalibrasi dilakukan dengan membandingkan tegangan keluaran sensor dan pembacaan intensitas cahaya menggunakan alat standar yaitu Light Meter tipe LX-101A. Dari hasil pengukuran dapat diplot grafik seperti pada Gambar 8. Dari data dan plot grafik yang dilakukan dilihat bahwa tegangan keluaran naik secara linier seiring dengan kenaikan intensitas cahaya yang mengenainya. Hubungan intensitas cahaya dan tegangan keluaran sensor dinyatakan oleh persamaan I = 9,9168V – 0,1192 (sumber LED merah), I = 66,543V + 0,2434 (sumber LED hijau), I = 3,569V – 0,0095 (sumber LED biru).

25

Gambar 8. Hubungan tegangan keluaran sensor dan intensitas cahaya.

Persamaan tersebut diperoleh dengan memplot data hasil pengukuran tegangan keluaran sensor dan membandingkannya dengan alat standar. Koefisien regresi yang dihasilkan dari pengukuran menggunakan sumber cahaya LED merah adalah 1, LED hijau 0,9959, dan LED biru 0,9932. Artinya, hasil pengukuran tidak menyimpang dari yang sebenarnya. 4.3.2

Hubungan intensitas cahaya dan konsentrasi larutan

Untuk memperoleh persamaan hubungan besaran intensitas cahaya dengan konsentrasi sampel, sampel diatur konsentrasinya terlebih dahulu. Artinya, sampel larutan disiapkan pada berbagai konsentrasi. Sampel yang digunakan adalah larutan glukosa dengan 8 konsentrasi berbeda. Pada saat pengukuran harus dihindari proses preparasi sampel yang kurang bagus dan komposisi larutan yang kurang presisi sehingga nilai tegangan dan warna larutan tidak linear dari yang seharusnya. Selanjutnya sampel yang telah disiapkan diukur. Proses pengukuran dilakukan dengan menyinari sampel dengan sumber cahaya LED RGB kemudian mengukur intensitas cahaya yang telah melewati sampel menggunakan alat standar yaitu Light Meter tipe LX101A dan membandingkannya dengan pembacaan tegangan keluaran sensor photodioda seperti terlihat pada Gambar 9. Berdasarkan hasil pengukuran yang telah dilakukan dapat diplot data seperti pada Gambar 10. Light Meter Sumber Cahaya

Sampel

Exit Slit Sensor photodiode

Gambar 9. Set eksperimen pengukuran intensitas cahaya yang melewati sampel menggunakan Light Meter dan Sensor

Dari hasil plot grafik yang dilakukan diperoleh hubungan intensitas cahaya dan konsentrasi larutan (ppm) sensor yang dinyatakan dalam persamaan


26


telah ditambahkan benedict dapat dilihat pada Gambar 11. Dari Gambar 11 terlihat warna larutan menjadi merah bata. Hal itu menandakan terdapatnya kadar glukosa di dalam larutan yang disebabkan karena sifat larutan benedict akan berubah warna jika terdapat kandungan glukosa di dalamnya. 4.4.2

Data

Dari hasil pengukuran diperoleh nilai absorbansi, transmitansi dan konsentrasi larutan yang ditampilkan pada tampilan PC. Pada Tabel 1, 2, dan 3 disajikan data hasil pengukuran yang telah dilakukan. Tabel 1. Data Hasil Pengukuran menggunakan LED merah. Gambar 10. Hubungan konsentrasi larutan (ppm) dan intensitas cahaya.

No.

C = 1190,5e-0,057I (sumber LED merah), C = 1166,6e-0,022I (sumber LED hijau), C = 1369,9e-0,458I (sumber led biru), dengan C adalah konsentrasi larutan dalam ppm. Hasil plot grafik untuk menentukan persamaan ini memiliki koefisien regresi 0,9171 untuk sumber LED merah, 0,9119 untuk LED hijau, dan 0,9554 untuk LED biru. Semua nilai regresi mendekati 1, artinya hasil pengukuran tidak jauh menyimpang dari nilai yang sebenarnya.

4.4 Hasil Pengukuran 4.4.1

Preparasi Sampel

Preparasi sampel dilakukan dengan menyiapkan 1 gram glukosa yang dilarutkan dalam 1 liter aquades. Hasilnya adalah larutan glukosa dengan konsentrasi 1000 ppm. Larutan ini kemudian dimasukkan ke dalam gelas ukur. Selanjutnya larutan diencerkan. Proses pengenceran menggunakan persamaan

1 2 4 5 6 7

Gambar 11. Preparasi sampel (a) pemanasan sampel (b) sampel hasil pemanasan.

Dari hasil pengenceran yang dilakukan dihasilkan larutan glukosa yang konsentrasinya berbeda-beda untuk dijadikan sampel pada pengukuran yaitu larutan glukosa dengan konsentrasi 1000 ppm; 950 ppm; 902,5 ppm; 857,375 ppm; 814,5063 ppm; 773,78 ppm; 735,092 ppm; dan 698,34 ppm. Ke dalam larutan ini masing-masing ditambahkan 10 tetes benedict kemudian dipanaskan pada suhu 100°C. Selanjutnya sampel yang telah dipanaskan diukur pada alat yang dibuat untuk dibaca nilai absorbansinya. Hasil pemanasan larutan glukosa yang

T

A

0,13 0,26 0,30 0,36 0,42 0,45

0,88 0,58 0,53 0,44 0,37 0,34

CU (ppm) 1034,79 898,42 868,46 806,93 758,29 733,00

% Kesalahan Relatif 3,48 % 5,43 % 1,29 % 0,93 % 2,00 % 4,96 %

Tabel 2. Data Hasil Pengukuran menggunakan LED hijau. No. 1 2 4 5 6 7

CH (ppm) 1000 950 857,38 814,51 773,78 698,34

T

A

0,13 0,16 0,19 0,22 0,32 0,34

0,90 0,80 0,72 0,66 0,49 0,47

CU (ppm) 973,42 931,60 891,57 853,26 737,06 715,79


Tabel 3. Data Hasil Pengukuran menggunakan LED biru. No. 1 2 4 5 6 7

V1C1 = V2C2

CH (ppm) 1000 950 857,38 814,51 773,78 698,34

CH (ppm) 1000 950 857,38 814,51 773,78 698,34

T

A

0,27 0,36 0,45 0,48 0,56 0,59

0,57 0,44 0,34 0,32 0,25 0,23

CU (ppm) 1025,17 929,40 842,58 815,48 751,48 727,31


Keterangan: CH : konsentrasi yang dihitung (ppm) T : transmitansi A : absorbansi CU : konsentrasi yang diukur (ppm) Berdasarkan data hasil pengukuran, CH merupakan konsentrasi yang diperoleh melalui metode perhitungan menggunakan rumus pengenceran, sedangkan transmitansi, absorbansi, dan CU diperoleh dari sistem spektrometer yang dibuat menggunakan persamaan yang telah diproses di mikrokontroler. Selanjutnya kesalahan relatif pengukuran diperoleh dengan membandingkan konsentrasi yang diukur dengan konsentrasi yang dihitung. Pada proses pengukuran dapat dilihat absortivitas tertinggi diperoleh jika sumber yang digunakan adalah



LED merah yaitu dengan kisaran 0,47-0,9. Persentasi kesalahan pengukuran konsentrasi menggunakan LED hijau berkisar antara 1,94% sampai 4,76% sedangkan secara keseluruhan persentasi kesalahan relatif pengukuran berkisar antara 0,12% sampai 5,43%. Plot persentasi kesalahan relatif pengukuran pada setiap konsentrasi dapat dilihat pada Gambar 12.

27

antara 1,94% sampai 4,76% sedangkan secara keseluruhan persentasi kesalahan relatif pengukuran konsentrasi berkisar antara 0,12% sampai 5,43%. Keunggulan sistem terletak pada sistem kontrol dan otomatisasi gerak sensor yang bertujuan untuk meningkatkan efisiensi proses pengukuran. Keunggulan sistem juga dapat ditinjau dari segi nilai ekonomis dimana sistem menggunakan komponen-komponen yang murah. PUSTAKA

Gambar 12. Persentase kesalahan relatif pengukuran pada setiap konsentrasi. Penelitian ini dapat dijadikan alternatif dalam pengukuran yang membutuhkan spektrometer, yang dapat digunakan untuk pengukuran menggunakan larutan lainnya yang peka terhadap cahaya RGB, dan dapat dikembangkan untuk mengetahui kadar glukosa dalam darah. V. KESIMPULAN Telah dikembangkan spektrometer sederhana menggunakan sumber cahaya tampak untuk mengukur kadar glukosa suatu larutan. Alat ini terdiri dari sumber cahaya, sampel, slit, sensor, dan tampilan data. Sistem terdiri dari sistem sensor menggunakan penguat amplifier berbasis IC LM358, motor stepper menggunakan ULN2003A, dan mikrokontroler ATMega 8. Tampilan data digunakan Visual Basic. Dari data hasil pengukuran diperoleh absorbansi larutan glukosa menggunakan sumber LED merah berkisar antara adalah 0,34 sampai 0,88, menggunakan sumber LED hijau 0,47 sampai 0.9, dan dengan menggunakan sumber LED biru berkisar antara 0,23 sampai 0,57, dengan kesalahan relatif rata-rata di bawah 5,43%. Absortivitas tertinggi diperoleh jika sumber yang digunakan adalah LED hijau. Persentasi kesalahan pengukuran konsentrasi menggunakan LED hijau berkisar

[1] R. Djarot Sugiarso, Perbandingan Pereduksi Natrium Tiosulfat (Na2S2O3) dan Kalium Oksalat (K2C2O4) pada Analisa Kadar Besi dalam Multivitamin secara Spektometer UV-VIS, Journal of Mathematics and Sciences Universitas Airlangga, Vol. 1, No. 2, 2011, hal. 1-11. [2] Lailatin Nuiyah dan Gancang Saroja, Studi Pembuatan Spektrometer DVD untuk Menentukan Relasi Konsentrasi Larutan Gula dengan Intensitas Spektrum, Physics Student Journal Universitas Brawijaya, Vol. 2, No. 1, 2014, hal. 635-638. [3] R.S. Khandpur, Handbook Analytical Instruments second edition, Tata Mc-Graw-Hill, New Delhi, 1989. [4] Muhammad Arshad Khosa, S. Sakhawat Shah, dan Muhammad Faizan Nazar, UV-Visible Spectrometric Study and Micellar Enhanced Ultrafiltration of Alizarin Red S Dye, Journal of Dispersion Science and Technology, Vol. 32, No. 11, 2011, pp. 1634-1640. [5] Laras Andria Wardani, Validasi Metode Analisis dan Penentuan Kadar Vitamin C pada Minuman Buah Kemasan dengan Spektrofotometri UV-Visible, Skripsi, FMIPA UI, Depok, 2012. [6] Wenny Wahyuni, Nanda Novita, Fajriani, et al., Rancang Bangun Alat Ukur Transmisi dan Absorpsi Cahaya Berbasis Arduino dan LabVIEW, Prosiding SNIPS ITB, 8-9 Juni 2015, hal. 105-108. [7] Supliyadi, Khumaedi, dan Sutikno, Percobaan Kisi Difraksi dengan menggunakan Keping DVD dan VCD, Jurnal Pendidikan Fisika Indonesia ISSN 1693-1246, Vol. 6, No. 1, 2010, hal. 26-29. [8] S. Firdous, M. Nawaz, M. Ahmed, et al., Measurement of Diabetic Sugar Concentration in Human Blood using Raman, Laser Physics, Vol. 22, No. 6, 2012, pp. 10901094. [9] A. Gobrecht, R. Bendoula, J.M. Roger, et al., Combining linear polarization spectroscopy and the Representative Layer Theory to measure the Beer–Lambert law absorbance of highly scattering materials, Journal of Analytica Chimica Acta 853, 2015, pp. 486–494. [10] C.M. Gilmore, Microprocessors: Principles and Applications, Mc Graw-Hill, Singapore 1995. [11] R. Zamora, et al., Sistem Pengendalian Motor Stepper Tanpa Kabel Berbasis Mikrokontroller AT89C51. Jurnal Rekayasa Elektrik, Vol.4, No.2, 2005, hal. 29-33.


Pengembangan Spektrometer Cahaya Tampak Menggunakan LED RGB untuk Menentukan Konsentrasi Glukosa

Recommend Documents