PENGOLAHAN DATA OPTIK HASIL PENGUKURAN LASER INDUCED BREAKDOWN DETECTION MENGGUNAKAN BAHASA PEMOGRAMAN DIGITAL
SKRIPSI
HENDRA DAMOS LUMBANTORUAN 110801023
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
PENGOLAHAN DATA OPTIK HASIL PENGUKURAN LASER INDUCED BREAKDOWN DETECTION MENGGUNAKAN BAHASA PEMOGRAMAN DIGITAL
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
HENDRA DAMOS LUMBANTORUAN 110801023
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
ii
PERSETUJUAN
Judul
: Pengolahan Data Optik Hasil Pengukuran Laser Induced Breakdown Detection Menggunakan Bahasa Pemrograman Digital
Kategori
: Skripsi
Nama
: Hendra Damos Lumbantoruan
NIM
: 110801023
Program Studi
: Sarjana (S1) Fisika
Departemen
: Fisika
Fakultas
: Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (MIPA) Universitas Sumatera Utara
Disetujui di Medan,
Juli 2015
Komisi Pembimbing : Pembimbing 2,
Pembimbing 1,
Kirana Yuniati Putri, S.T.M.Sc
Junedi Ginting, S.Si.M.Si
NIP .198706042014012001
NIP. 197306222003121001
Diketahui/Disetujui oleh Ketua Departemen Fisika FMIPA USU
Dr. Marhaposan Situmorang NIP .195510301980131003
Universitas Sumatera Utara
iii
PERNYATAAN
PENGOLAHAN DATA OPTIK HASIL PENGUKURAN LASER INDUCED BREAKDOWN DETECTION MENGGUNAKAN BAHASA PEMROGRAMAN DIGITAL SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan,
Juli 2015
Hendra Damos Lumbantoruan 110801023
Universitas Sumatera Utara
iv
PENGHARGAAN
Segala Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat, kasih karunia dan penyertaanNya selama penulis melaksanakan studi hingga menyelesaikan skripsi ini sesuai dengan waktu yang telah ditetapkan. Selama kuliah sampai penyelesain tugas akhir ini, penulis mendapatkan banyak bantuan dalam bentuk moral, materi, dorongan, serta bimbingan dari berbagai pihak oleh karena itu dengan sepenuh hati, penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Kirana Yanti Putri M.Sc dan Bapak Junedi Ginting S.Si, M.Si selaku Dosen Pembimbing yang telah meluangkan waktu untuk membimbing, mengarahkan dan memberikan kepercayaan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini. 2. Terimakasih yang sebesar- besarnya kepada kedua orang tuaku yang tercinta , kepada Bapakku Marusaha Lumbantoruan dan Ibuku Risma Silitonga yang telah mendidik dan membesarkan saya sampai saya bisa melakukan dan menyelesaikan penulisan skripsi ini serta memberikan inspirasi , dorongan spritual, dana, perhatian dan doa yang tak henti-hentinya kepada penulis. 3. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika, dan Drs.Syahrul Humaidi, M.Sc selaku Sekretaris Departemen Fisika FMIPA USU,
Kak Tini, Bang Jo dan Kak Yuspa selaku staf Departemen Fisika yang telah membantu penulis dalam urusan administrasi. 4. Pihak LIPI Serpong yang banyak membantu diantaranya Ibu Kirana Yanti Putri M.Sc selaku pembimbing di P2F LIPI, Bapak Dr. Bambang Widyatmoko selaku kepala P2F LIPI, Pak Andi, Bapak Dr. Masno Ginting , Bapak Pardamean Sebayang, Ibu Ani, Pak Prabowo, dan seluruh staf dan karyawan P2F LIPI yang banyak membantu, saya mengucapkan terimakasih. 5. Terimakasih buat abangku Halomoan Lumbantoruan, Hermanto Lumbantoruan dan adikku tersayang Haryati Lumbantoruan yang telah memberikan dukungan, doa dan memberikan semangat kepada penulis.
Universitas Sumatera Utara
v
6. Kepada teman-teman stambuk breaving, Intan Zahar, Parasian Simbolon, Trisno Manurung, Nova Pratiwi Barus, Desi Permatasari Siagian, Lilis Sagita, Widya Sitanggang, Inten, Tabita, Nensi, Bambang, Khairuddin, Ivo Kristin, beserta seluruh kawan-kawan PHYSICS PROLIX yang telah memberikan partisipasi , semangat dan dukungan untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini. Semoga kita semua sukses. Amin. 7. Sahabat- sahabatku Rinto Pangaribuan, Jeri Simanjuntak, Jeppri Nababan, Hendri PB, Karyaman Zebua, Hendra Panggabean, ,dan Ranto Manurung yang memberikan motivasi dan doa kepada penulis. 8. Teman-teman Pembimbing BT/BS Medica yang memberikan motivasi dan pengajaran yang baik. 9. Adik-adikku dari Stambuk 2012, 2013 dan 2014 yang telah rela meluangkan waktunya bagi penulis untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi yang membutuhkannya.
Universitas Sumatera Utara
vi
PENGOLAHAN DATA OPTIK HASIL PENGUKURAN LASER INDUCED BREAKDOWN DETECTION MENGGUNAKAN BAHASA PEMROGRAMAN DIGITAL
ABSTRAK Laser-induced Breakdown Detection adalah metode yang baru dan sangat sensitif untuk mendeteksi konsentrasi dan ukuran nanopartikel (koloid) dalam cairan. Metode ini dapat mendeteksi partikel yang lebih kecil berlipat lipat. Nanopartikel banyak ditemukan di alam, industri, teknik, dan biologi, yang bisa berupa organik, serta secara biologis yang berada di alam. Untuk aplikasinya teknik LIBD telah diterapkan contohnya yaitu untuk menentukan kandungan partikulat anggur, air keran, air mineral, dan air hujan.
Kata kunci : LIBD, Koloid
Universitas Sumatera Utara
vii
OPTICAL DATA PROCESSING OF MEASUREMENT RESULTS LASER INDUCED BREAKDOWN DETECTION USING DIGITAL PROGRAMMING LANGUAGE
ABSTRACT
Laser-Induced Breakdown Detection is a rather new method and is very sensitive to the non-invasive determina tion of both concentration and number-weighted mean diameter of the nanoparticles (colloids) in the liquid. Com pared with other methods with a lower detection limit several times. Nanoparticles are found in nature, industry, engineering, and biology, they can be Inor garlic, organic, and biological nature. For this contribution LIBD technique has been applied to determine the content of particulate exemplarily wine, tap water, mineral water, and rainwater.
Keywords: LIBD, Colloid
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR ISI
Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar Isi Daftar Tabel Daftar Gambar Daftar Lampiran Daftar Singkatan Bab I
Halaman ii iii iv vi vii viii x xi xiii xiv
Pendahuluan 1. 1 Latar Belakang 1. 2 Rumusan Masalah 1. 3 Batasan Masalah 1. 4 Tujuan Penelitian 1. 5 Manfaat Penelitian 1. 6 Metodologi Penelitian 1. 7 Sistematika Penulisan
1 2 2 2 2 3 3
Bab II Tinjauan Pustaka 2.1 Koloid 2.1.1 Defenisi Partikel Nano dan Koloid 2.1.2 Defenisi Laser 2.1.3 Sifat-Sifat Laser 2.2 Penelitian Awal Terkait Pengukuran Ukuran Partikel Nano Berdasarkan Plasma Laser 2.3 Pengembangan teknik LIBD dengan metode optik 2.4 Contoh Penerapan LIBD 2.4.1 Deteksi Koloid THO2 oleh LIBD 2.4.2 Deteksi Koloid Dengan Media Analisanano Partikel 2.4.3 Deteksi Keberadaan Koloid Menggunakan LIBD 2.4.4 Menganalisis Partikel Ultrafine Dalam Cairan 2.4.5 Deteksi Partikel Nano Dalam Air Minum 2.5 Pengolahan Gambar 2.5.1 Deskripsi Gambar 2.5.2 Pengolahan Sinyal Analog Gambar Menjadi Sinyal Digital 2.6 Bahasa Pemograman MATLAB 2.6.1 Defenisi Pemograman MATLAB 2.6.2 Matriks 2.6.3 M File 2.6.4 Lingkungan Kerja MATLAB
5 5 5 6 6 7 7 7 9 9 10 10 11 11 11 12 12 13 13 14
Universitas Sumatera Utara
ix
2.7 Pembuatan Gui Dengan MATLAB 2.8 Pengaturan Layout Komponen GUI 2.8.1 Pemograman Komponen GUI 2.8.2 Komponen GUI
16 17 18 18
Bab III Metodologi Penelitian 3.1 Set Up LIBD (Laser Induced Detection Breakdown) 3.2 Interaksi Laser Dengan Partikel 3.3 Proses Terjadinya Ledakan 3.4 Interaksi Laser Dengan Partikel Dalam Larutan 3.5 Diagram Alir Perancangan Sistem Image Prosessing LIBD 3.6 Deteksi Plasma Menggunakan CCD Kamera
21 23 23 25 26 27
Bab IV Hasil Dan Pembahasan 4.1 Pengolahan Data Video Kerlipan Breakdown Menggunakan Video Soft Free Studio 28 4.2 Data Analog (Gambar/Video) Menjadi Cacah Digital Menggunakan Bahasa Pemograman 30 4.3 Pengolahan Data Breakdown Menggunakan GUI Matlab 30 Bab V Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran
40 40
Daftar Pustaka Lampiran
41 43
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR TABEL
Nomor Table
Judul
Halaman
Tabel 4.1 BD Probability pada larutan dengan konsentrasi 15 ppm Polystyrene, 7,5 ppm Polystyrene, Air Keran, 2 ml Air Keran + 1 ml Air Murni, 1 ml Air Keran + 2 ml Air Murni, dan Air Murni. 40
Universitas Sumatera Utara
xi
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar Gambar 2.1 Gambar 2.2 Gambar 2.3 Gambar 2.4 Gambar 2.5 Gambar 2.6 Gambar 3.1 Gambar 3.2 Gambar 3.3 Gambar 4.1
Judul
Halaman
Grafik BD Probability ThO2 Grafik Quantification Method Nano Particle terhadap Size/m. Window Utama MATLAB Tampilan GUI untuk Pengambilan Citra Digital Diagram GUI sederhana Komponen GUI Kontrol Setting Pengambilan gambar LIBD Set Up eksperimen LIBD Diagram Alir Perancangan Sistem Image Prosessing LIBD Ekstraksi foto-foto dari video dilakukan dengan perangkat lunak menggunakan Vidio Soft Free Studio Perintah Membuka GUI Gambar 4.2 Hasil ekstraksi foto-foto dari video dilakukan dengan perangkat lunak Freeware Dialog GUI baru Gambar 4.3 Hasil Pengolahan Data breakdown menggunakan GUI MATLAB Gambar 4.4 Grafik Breakdown Probability larutan 15 ppm Polystyrene Loyout GUI baru Gambar 4.5 Grafik Breakdown Probability larutan 7,5 ppm Polystyrene Window program Simulasi LIBD Gambar 4.6 Grafik Breakdown Probability larutan Air Keran 32 Gambar 4.7 Grafik Breakdown Probability larutan 2 ml Air Keran+1 ml Air Murni 33 Gambar 4.8 Grafik Breakdown Probability larutan 1 ml Air Keran+2 ml Air Murni Gamabr 4.9 Grafik Breakdown Probability larutan Air Murni Gambar 4.10 Grafik BD Probability pada larutan dengan konsentrasi 15 ppm Polystyrene, 7,5 ppm Polystyrene, Air Keran, 2 ml Air Keran + 1 ml Air Murni, 1 ml Air Keran + 2 ml Air Murni, dan Air Murni
8 9 15 16 18 19 21 22 26 28 29 32 33 34
35 36
37
Universitas Sumatera Utara
xii
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lamp
1 2
Judul
Halaman
Tabel BD Probability terhadap Energi M-File/ Listing Program
43 50
Universitas Sumatera Utara
xiii
DAFTAR SINGKATAN
1. 2. 3. 4.
LIBD ( Laser Induced Breakdown Detection) GUI ( Grafic User Interface) CCD ( Charg Couple Device) FS ( Free Studio)
Universitas Sumatera Utara
