RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASIS MIKROKONTROLER SKRIPSI
RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASIS MIKROKONTROLER SKRIPSI
RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASIS MIKROKONTROLER SKRIPSI
ii
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Bidang Teknobiomedik
Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga
Disetujui oleh:
Pembimbing I Supadi, S.Si, M.Si NIP. 19720918 199802 1001 Pembimbing II Drs. Tri Anggono Prijo NIP. 19610517 199002 1001
LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI
Judul : RANCANG BANGUN SISTEM PENGUKURAN
KADAR HEMOGLOBIN DARAH BERBASISMIKROKONTROLER Penyusun : AFFAN MUHAMMAD NIM : 080810296 Pembimbing I : Supadi, S.Si, M.Si Pembimbing II : Drs. Tri Anggono Prijo Tanggal Seminar : 9 Agustus 2012 Disetujui Oleh : Pembimbing I Pembimbing II Supadi, S.Si, M.Si Drs. Tri Anggono Prijo NIP. 19720918 199802 1001 NIP. 19610517 199002 1001 Mengetahui : Ketua Departemen Fisika Ketua Program Studi
Fakultas Sains dan Teknologi S1 Teknobiomedik
Universitas Airlangga Fakultas Sains dan TeknologiUniversitas Airlangga Drs. Siswanto, M.Si Dr. Retna Apsari, M.Si NIP. 19640305 198903 1 003 NIP. 19680626 199303 2 003 iii
PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga.
iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Allah SWT yang senantiasa memberikan hidayah, inayah, dan rahmat-Nya sehingga penyusun dapat menyelesaikan naskah skripsi yang berjudul “Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kadar Hemoglobin Darah Berbasis Mikrokontroler” .
Naskah skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan. Pada kesempatan ini, penyusun menyampaikan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada:
1. Ketua Departemen Fisika, Bapak Drs. Siswanto, M.Si, yang telah memberikan fasilitas laboratorium untuk pelaksana penelitian skripsi ini.
2. Ketua Program Studi S1 Teknobiomedik, Ibu Dr. Retna Apsari, M.Si, yang telah memberikan informasi tentang penyusunan naskah skripsi ini.
3. Bapak Supadi, S.Si, M.Si selaku pembimbing I yang selalu memberikan masukan dan meluangkan waktu bagi penyusun untuk berkonsultasi.
4. Bapak Drs. Tri Anggono Prijo selaku pembimbing II yang selalu memberikan masukan dan meluangkan waktu bagi penyusun untuk berkonsultasi.
5. Bapak dan Ibu tercintaku yang telah memberikan dukungan material maupun moril.
6. Kartika Indah Pratiwi yang telah memberikan motivasi dan semangat hingga terselesaikan skripsi ini.
7. Dr. Danu Teguh yang telah memfasilitasi dan memberi pengarahan mengenai alat pengukuran kadar hemoglobin darah yang telah ada.
v vi 8.
Mas Harry dan zul yang banyak memberikan masukan, serta kritik dan saran yang membangun pada penyusunan naskah skripsi ini.
9. Crew Lapantech yang selalu menemani mengerjakan skripsi dalam suka maupun duka dan semoga tetap memberikan kontribusi dalam pengembangan teknologi medis selanjutnya.
10.Eyang Ati yang selalu memberikan asupan gizi yang baik.sekali lagi terimakasih.
11.Dosen-dosen, staf karyawan, dan teman-teman angkatan 2008 Program Studi S1 Teknobiomedik, Universitas Airlangga serta semua pihak yang telah membantu penyusun selama proses penyusunan naskah skripsi ini.
Penyusun menyadari bahwa naskah skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan untuk perbaikan naskah skripsi ini.
Surabaya, Agustus 2012 Penyusun
Affan Muhammad Muhammad, Affan, 2012, Rancang Bangun Sistem Pengukuran Kadar
Hemoglobin Darah Berbasis Mikrokontroler . Skripsi ini dibawah bimbingan
Supadi, S.Si, M.Si dan Drs. Tri Anggono Prijo, Program Studi S1 Teknobiomedik Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga.
ABSTRAK
Darah terdiri dari beberapa komponen diantaranya eritrosit, dan didalam eritrosit terdapat hemoglobin yang mempengaruhi warna merah p a d a darah. Warna merah dipengaruhi oleh hemoglobin saat mengikat oksigen yang
2
disebut sebagai oksihemoglobin (HbO ). Metode yang digunakan menganalisis kadar hemoglobin darah menggunakan parameter kepekatan warna darah. Alat ini dapat mengukur kadar hemoglobin darah manusia berdasarkan intensitas cahaya yang diterima oleh sensor. Penelitian ini menguji berbagai macam LED sebagai sumber cahaya diantaranya LED merah, biru, dan hijau. LED yang cocok digunakan sebagai alat pengukuran kadar hemoglobin ialah LED hijau. Alat ini mempunyai tingkat keakuratan yang tinggi dalam pengukuran kadar hemoglobin dengan rata-rata persentase kesalahan 1,58% dan tingkat ketepatan sebesar 98,48% jika dibandingkan dengan alat hemotology analyzer.
Kata kunci : darah, pengukuran hemoglobin, LED
vii Muhammad, Affan, 2012, Design of Microcontroller Based-Blood
Haemoglobin Measurement System . This thesis was under the guidance of
Supadi, S.Si, M.Si and Drs. Tri Anggono Prijo, Biomedical Engineering, Physiscs Department, Faculty of Science and Technology, Airlangga University.
ABSTRACT
Blood contains several components, one of which is erythrocytes also contain haemoglobin which affects the red color of the blood. The red color is affected by haemoglobin while binding oxygen which then is called
2
oxyhemoglobin (HbO ). The method used in analyzing the blood haemoglobin levels was by using the blood density parameters. This device can measure human blood hemoglobin levels according to the light intensity received by the sensor. This study examined a wide range of LEDs that would be suitable to be used as a light source, such as red, blue, and green LED. The suitable LED, as a tool for measuring blood haemoglobin levels was the green one. This device has a high degree of accuracy in the measurement of hemoglobin levels with the error percentage of 1.58% on average, while the accuracy rate was found to be 98.48% when compared with the haemotology analyzer device.
Keywords: blood, haemoglobin measurement, LED viii
DAFTAR ISI
halaman
LEMBAR JUDUL ......................................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN ........................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................ iii LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
..................................... iv
KATA PENGANTAR .................................................................................... v ABSTRAK ..................................................................................................... vii ABSTRACT ................................................................................................... viii DAFTAR ISI .................................................................................................. ix DAFTAR TABEL
.............................................................................................. xiii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xvi BAB I PENDAHULUAN .............................................................................
1 1.1. Latar Belakang Masalah ..................................................................... 1 1.2. Rumusan Masalah .............................................................................. 3 1.3. Tujuan Penelitian ............................................................................... 4 1.4. Manfaat Penelitian .............................................................................. 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................
5 2.1. Pengertian Hemoglobin (Hb) ..............................................................
5 2.1.1 Satuan Kadar Hemoglobin (Hb) ...................................................
5 2.1.2 Struktur Hemoglobin.....................................................................
6 2.1.3 Hubungan Intensitas Warna dengan Hemoglobin ..........................
6 ix
2.2 Pemeriksaan Kadar Hemoglobin (Hb) .................................................
8 2.2.1 Metode Sahli (dengan Manual) ....................................................
8 2.2.2 Metode Sianthemoglobin (dengan Spektrofotometer) ...................
9
2.3 Larutan Reagen HCl 0,1 N .................................................................. 10
2.4 Hakekat Cahaya ................................................................................... 10
2.4.1 Gelombang Cahaya ...................................................................... 10
2.4.2 Spektrum Gelombang Cahaya ...................................................... 11
2.5 Prinsip Dasar Sistem Spektrofotometri ................................................ 12
2.6 LED (Light Emitting Diode) ................................................................. 13
2.7 Sensor Fototransistor ........................................................................... 14
2.8 Rangkaian Penguat .............................................................................. 15
2.9 Mikrokontroler .................................................................................... 16
2.10 LCD (Liquid Crystal Display) ............................................................. 18
2.12 Arduino Software .............................................................................. 19
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................. 21
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................. 21
3.2. Alat dan Bahan ................................................................................... 21
3.3. Prosedur Penelitian ............................................................................. 22
3.4 Prosedur Perancangan.......................................................................... 24
3.4.1 Perancangan Mekanik .................................................................. 24
3.4.2 Pembuatan Sampel ....................................................................... 24
3.4.3 Perancangan Perangkat Optik dan Hardware ............................... 25
3.4.3.1 Komponen Optik .................................................................... 26 x
3.4.3.2 Komponen Elektronik ............................................................. 26
3.4.3.2.1 Power Supply ....................................................................... 26
3.4.3.2.2 Rangkaian Sensor ................................................................ 27
3.4.3.2.3 Rangkaian Amplifier ............................................................. 28
3.4.3.2.4 Rangkaian Minimum Sistem ................................................ 28
3.4.3.2.5 Rangkaian LCD ................................................................... 30
3.4.4 Perancangan Perangkat Lunak ...................................................... 31
3.5 Tahap Pengujian ................................................................................... 32
3.6 Tahap Pengambilan Data ...................................................................... 33
3.7 Analisis Data ........................................................................................ 33
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
..................................................... 34
4.1. Hasil Perancangan Alat ....................................................................... 34
4.1.1 Perangkat Mekanik ...................................................................... 34
4.1.2 Perangkat Keras (Hardware) ........................................................ 35
4.1.2.1 Power Supply Adaptor ............................................................ 35
4.1.2.2 Ragkaian Sensor Cahaya ......................................................... 36
4.1.2.3 Rangkaian Amplifier ............................................................... 37
4.1.2.4 Rangkaian Minimum Sistem .................................................... 37
4.1.2.5 Rangkaian Modul LCD ........................................................... 38
4.1.3 Perangkat Lunak (Software) ......................................................... 39
4.1.3.1 Perancangan Perangkat Lunak pada Arduino .......................... 39
4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis data ................................................ 41
4.2.1 Uji Panjang Gelombang ................................................................ 41 xi
xii
4.2.2 Uji Tansmisi Larutan dengan Perbandingan LED ......................... 44
4.2.3 Uji Linieritas Sensor Fototransistor .............................................. 47
4.2.4 Uji Rangkaian Sensor Fototransistor Terhadap Hemoglobin ......... 47
4.2.5 Uji Rangkaian Amplifier Terhadap Hemoglobin .......................... 49
4.2.6 Uji Alat Keseluruhan ................................................................... 50
4.3 Pembahasan ......................................................................................... 51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 54
5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 54
5.2 Saran .................................................................................................. 54
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 55 LAMPIRAN
DAFTAR ISI
halaman
LEMBAR JUDUL ......................................................................................... i LEMBAR PERNYATAAN ........................................................................... ii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................ iii LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI
..................................... iv
KATA PENGANTAR .................................................................................... v ABSTRAK ..................................................................................................... vii ABSTRACT ................................................................................................... viii DAFTAR ISI .................................................................................................. ix DAFTAR TABEL
.............................................................................................. xiii
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiv DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xvi BAB I PENDAHULUAN .............................................................................
1 1.1. Latar Belakang Masalah ..................................................................... 1 1.2. Rumusan Masalah .............................................................................. 3 1.3. Tujuan Penelitian ............................................................................... 4 1.4. Manfaat Penelitian .............................................................................. 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................
5 2.1. Pengertian Hemoglobin (Hb) ..............................................................
5 2.1.1 Satuan Kadar Hemoglobin (Hb) ...................................................
5 2.1.2 Struktur Hemoglobin.....................................................................
6 2.1.3 Hubungan Intensitas Warna dengan Hemoglobin ..........................
6 ix
2.2 Pemeriksaan Kadar Hemoglobin (Hb) .................................................
8 2.2.1 Metode Sahli (dengan Manual) ....................................................
8 2.2.2 Metode Sianthemoglobin (dengan Spektrofotometer) ...................
9
2.3 Larutan Reagen HCl 0,1 N .................................................................. 10
2.4 Hakekat Cahaya ................................................................................... 10
2.4.1 Gelombang Cahaya ...................................................................... 10
2.4.2 Spektrum Gelombang Cahaya ...................................................... 11
2.5 Prinsip Dasar Sistem Spektrofotometri ................................................ 12
2.6 LED (Light Emitting Diode) ................................................................. 13
2.7 Sensor Fototransistor ........................................................................... 14
2.8 Rangkaian Penguat .............................................................................. 15
2.9 Mikrokontroler .................................................................................... 16
2.10 LCD (Liquid Crystal Display) ............................................................. 18
2.12 Arduino Software .............................................................................. 19
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................. 21
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................. 21
3.2. Alat dan Bahan ................................................................................... 21
3.3. Prosedur Penelitian ............................................................................. 22
3.4 Prosedur Perancangan.......................................................................... 24
3.4.1 Perancangan Mekanik .................................................................. 24
3.4.2 Pembuatan Sampel ....................................................................... 24
3.4.3 Perancangan Perangkat Optik dan Hardware ............................... 25
3.4.3.1 Komponen Optik .................................................................... 26 x
3.4.3.2 Komponen Elektronik ............................................................. 26
3.4.3.2.1 Power Supply ....................................................................... 26
3.4.3.2.2 Rangkaian Sensor ................................................................ 27
3.4.3.2.3 Rangkaian Amplifier ............................................................. 28
3.4.3.2.4 Rangkaian Minimum Sistem ................................................ 28
3.4.3.2.5 Rangkaian LCD ................................................................... 30
3.4.4 Perancangan Perangkat Lunak ...................................................... 31
3.5 Tahap Pengujian ................................................................................... 32
3.6 Tahap Pengambilan Data ...................................................................... 33
3.7 Analisis Data ........................................................................................ 33
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
..................................................... 34
4.1. Hasil Perancangan Alat ....................................................................... 34
4.1.1 Perangkat Mekanik ...................................................................... 34
4.1.2 Perangkat Keras (Hardware) ........................................................ 35
4.1.2.1 Power Supply Adaptor ............................................................ 35
4.1.2.2 Ragkaian Sensor Cahaya ......................................................... 36
4.1.2.3 Rangkaian Amplifier ............................................................... 37
4.1.2.4 Rangkaian Minimum Sistem .................................................... 37
4.1.2.5 Rangkaian Modul LCD ........................................................... 38
4.1.3 Perangkat Lunak (Software) ......................................................... 39
4.1.3.1 Perancangan Perangkat Lunak pada Arduino .......................... 39
4.2 Hasil Pengujian Alat dan Analisis data ................................................ 41
4.2.1 Uji Panjang Gelombang ................................................................ 41 xi
xii
4.2.2 Uji Tansmisi Larutan dengan Perbandingan LED ......................... 44
4.2.3 Uji Linieritas Sensor Fototransistor .............................................. 47
4.2.4 Uji Rangkaian Sensor Fototransistor Terhadap Hemoglobin ......... 47
4.2.5 Uji Rangkaian Amplifier Terhadap Hemoglobin .......................... 49
4.2.6 Uji Alat Keseluruhan ................................................................... 50
4.3 Pembahasan ......................................................................................... 51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 54
5.1 Kesimpulan ........................................................................................ 54
5.2 Saran .................................................................................................. 54
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 55 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Gambar Halaman
2.1 Pengukuran Kadar Hemoglobin Sahli ...................................................... 9
2.2 Pengukuran Kadar Hemoglobin dengan Sianmethemoglobin .................. 9
2.3 Ilustrasi Radiasi pada Bahan ................................................................... 12
2.4 Simbol dan Rangkaian LED .................................................................... 14
2.5 Sensor Fototransistor ............................................................................... 15
2.6 Penguat Non-Inverting ............................................................................ 16
2.7 Konfigurasi Pin pada LM358 .................................................................. 16
2.8 Susunan pin ATMega 328 ....................................................................... 17
2.9 Tampilan Software Arduino .................................................................... 20
3.1 Diagram Alir Prosedur Penelitian ............................................................ 23
3.2 Sampel Darah dan Reagen HCl 0,1 N, dan Pipet Darah ........................... 25
3.3 Diagram blok Keseluruhan Sistem .......................................................... 25
3.4 Rangkaian Sensor Phototransistor .......................................................... 27 3.5 rangkaian Operational Amplifier ............................................................. 28
3.6 Rangkaian Minimum Sistem ................................................................... 29
3.7 Rangkaian Port C sebagai ADC .............................................................. 30
3.8 Rangkaian LCD ...................................................................................... 31
3.9 Flowchart Perangkat Lunak ..................................................................... 31
3.10 Alat HemolotogyAnalizer ....................................................................... 33 xiv
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Gambar Halaman 4.1 a. Mekanik Tampak Atas......................................................................... 34
b. Mekanik Tampak Dalam ..................................................................... 34
4.2 Power Supply Adaptor 12 Volt................................................................ 35
4.3 Skematik Amplifier ................................................................................. 36
4.4 Rangkaian Amplifier ............................................................................... 37
4.5 Rangkaian Minimum Sistem ................................................................... 37
4.6 Rangkaian Modul LCD ........................................................................... 38
4.7 Software Arduino ................................................................................... 40
4.8 Pembacaan Serial Port............................................................................. 40
4.9 Flowchart Perangkat Lunak ..................................................................... 41
4.10 Grafik Uji Transmisi Larutan dengan HCl 1,5 ml .................................... 45
4.11 Grafik Uji Transmisi Larutan dengan HCl 2 ml ....................................... 46
4.12 Grafik Linieritas Sensor Fototransistor .................................................... 48
4.13 Grafik Linieritas Amplifier...................................................................... 49 xv
DAFTAR LAMPIRAN
xvi
Nomor Judul Lampiran
1 Hasil Alat Pengukuran Kadar Hemoglobin Darah
2 Listing Program
3 Datasheet Arduino Severino
4 Datasheet Fototransistor PT334-6C
5 Datasheet ATMega 328P
6 Datasheet LM358
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Dalam era globalisasi dan informasi seperti sekarang, kemajuan di bidang teknologi menjadi alternatif utama. Teknologi berkembang begitu cepat merambah dalam dinamika kehidupan masyarakat secara menyeluruh, seperti kemajuan teknologi di bidang medis.
Pemeriksaan darah dalam bidang medis adalah salah satu bentuk diagnosa dengan memeriksa komponen-komponen yang ada dalam darah untuk pendeteksian suatu penyakit. Salah satu contoh dari pemeriksaan darah ialah pengukuran kadar Hb dalam darah, dimana kadar Hb normal dalam darah adalah 13,4-17,7g% untuk laki-laki dan 11,4-16,1g% untuk perempuan (Zarianis, 2006). Kadar Hemoglobin ialah ukuran pigmen respiratorik dalam butiran-butiran darah merah (Costill, 1998). Jumlah hemoglobin dalam darah normal adalah kira-kira 15 gram setiap 100 ml darah dan jumlah ini biasanya disebut “100 persen” (Evelyn, 2009).
Ketidaknormalan kadar Hb dapat dilihat pada penderita demam berdarah dengan kadar Hb lebih tinggi dari harga normal dan penderita anemia dengan kadar Hb kurang dari normal. Pengukuran kadar Hb di laboratorium medis dapat dilakukan dengan mengukur intensitas warna dari sampel darah yang telah diberi reagen. Pengukuran intensitas warna tersebut dapat dilakukan dengan metode sahli (metode manual), maupun dengan metode Sianmethemoglobin (dengan Spektrofotometer).
Pada metode sahli darah sampel yang dicampur dengan larutan HCl sebagai reagannya dengan perbandingan tertentu dan ditempatkan pada tabung hemometer. Kemudian sampel darah tersebut sedikit demi sedikit diencerkan dengan akuades hingga warnanya sama dengan warna standar yang telah ditetapkan. Banyaknya akuades yang ditambahkan menunjukan kadar Hb sampel darah. Makin banyak akuades yang ditambahkan makin tinggi kadar Hb dalam sampel darah.
Sedang pada metode Sianmethemoglobin sampel darah yang ada diberi larutan drabkin dengan perbandingan tertentu pula dan ditempatkan pada larutan kuvet. Kemudian sampel darah dalam kuvet tersebut diletakan pada suatu alat yang dimanakan Spektrofotometer untuk mendapatkan kadar Hb dari sampel darah tersebut.
Kebanyakan laboratorium medis yang ada di Indonesia masih menerapkan cara sahli, karena mahalnya harga Spektrofotometer yang tersedia. Metode sahli diperkirakan memiliki faktor kesalahan kira-kira hingga 10% (Adhisuwignjo, 2010). Penyebab kesalahan utama pada metode ini adalah ketelitian pengukuran kadar Hb dalam darah ditentukan oleh kemampuan individu mengamati perubahan fisik sampel darah, dalam hal ini perubahan warna dan kecocokannya dengan warna standar yang telah ditetapkan. Jika pengukuran dilakukan untuk sampel yang banyak, tentu saja akan melelahkan pekerja medis.
Berdasarkan uraian tersebut maka kebutuhkan suatu alat atau sistem yang mampu mengamati perubahan warna dan mencocokanya dengan warna sampel darah standar secara teliti mutlak diperlukan. Dalam hal ini dengan menggunakan spektrofotometer. Penelitian pendahulu yang terkait dengan spektrofotometer telah dilakukan oleh Hadi (2008) dengan menggunakan serat optik untuk mendeteksi kadar ion timbal (Pb) dalam air. Pada penelitian ini mengambarkan bahwa metode spektrofotometri sangat cocok digunakan sebagai pendeteksi dan pengukuran konsentrasi suatu zat.
Berdasarkan latar belakang tersebut penulis bermaksud untuk menggunakan metode spektrofotometri sebagai pengukur kepekatan warna darah.
Prinsip kerja dari alat tersebut ialah mengukur intensitas warna pada sampel darah yang diberi reagan yang dimasukan ke dalam tabung reaksi kemudian dengan sumber cahaya tertentu diarahkan menuju sempel yang kemudian sampel akan mengabsorpsi sebagian berkas sedangkan sebagian lagi diteruskan dan ditangkap oleh detektor. Detektor disini berguna sebagai pendeteksi intensitas cahaya yang mengenainya dan akan mengubah menjadi tegangan.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang dapat dirumuskan beberapa masalah yang timbul, yakni sebagai berikut:
1. Warna LED apa yang cocok digunakan sebagai sumber cahaya pada alat pengukur kadar hemoglobin darah?
2. Bagaimana tingkat keakuratan pada alat ini jika dibandingkan dengan alat pengukuran kadar hemoglobin secara manual?
1.3 Tujuan Penelitian
Penelitian yang akan dilakukan ini bertujuan untuk : 1.
Merancang sistem pengukuran kadar hemoglobin darah yang dapat digunakan untuk mengukur hemoglobin darah.
2. Mengetahui warna LED yang sesuai sebagai sumber cahaya dalam rancang bangun sistem pengukuran kadar hemoglobin darah.
3. Mengetahui tingkat keakuratan pada alat ini bila dibandingkan dengan metode lain.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah untuk mempermudah dalam pengukuran hemoglobin dengan metode sahli sehingga hasil yang diperoleh lebih akurat.
Diharapkan dengan adanya alat ini praktisi medis tidak mengalami kesulitan lagi dalam penghitungan kadar hemoglobin darah.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Hemoglobin (Hb)
Hemoglobin adalah protein yang kaya akan zat besi. Memiliki afinitas (daya gabung) terhadap oksigen dan dengan oksigen itu membentuk oxihemoglobin di dalam sel darah merah. Dengan fungsi ini maka oksigen dibawa dari paru-paru ke jaringan-jaringan (Evelyn, 2009).
Hemoglobin merupakan senyawa pembawa oksigen pada sel darah merah. Hemoglobin dapat diukur secara kimia dan jumlah Hb/100 ml darah dapat digunakan sebagai indeks kapasitas pembawa oksigen pada darah.
Menurut William, Hemoglobin adalah suatu molekul yang berbentuk bulat yang terdiri dari 4 sub unit. Setiap sub unit mengandung satu bagian heme yang berkonjugasi dengan suatu polipeptida. Heme adalah suatu derivat porfirin yang mengandung besi. Polipeptida itu secara kolektif disebut sebagai bagian globin dari molekul hemoglobin (Shinta, 2005).
2.1.1 Satuan Kadar Hemoglobin (Hb)
Kadar hemoglobin ialah ukuran pigmenrespiratorik dalam butiran-butiran darah merah (Costill, 1998). Jumlah hemoglobin dalam darah normal adalah kira- kira 15 gram setiap 100 ml (Evelyn, 2009). Batas normal nilai hemoglobin untuk seseorang sukar ditentukan karena kadar hemoglobin bervariasi diantara setiap suku bangsa. Namun WHO telah menetapkan batas kadar hemoglobin normal berdasarkan umur dan jenis kelamin (Arisman, 2007).
Tabel 2.1 Batas Kadar Hemoglobin (WHO dalam Arisman, 2007) Batas Nilai HemoglobinKelompok Umur (gr/%)
Anak 6 bulan - 6 tahun 11,0 Anak 6 tahun - 14 tahun 12,0 Pria dewasa
13,0 Ibu hamil
11,0 Wanita dewasa 12,0
2.1.2 Struktur Hemoglobin (Hb)
Pada pusat molekul darah terdiri dari cincin heterosiklik yang dikenal dengan porfirin yang menahan satu atom besi, atom besi ini merupakan situs atau lokal ikatan oksigen. Porfirin yang mengandung besi disebut heme. Nama hemoglobin merupakan gabungan dari heme dan globin, globin sebagai istilah generik untuk protein globular. Ada beberapa protein mengandung heme dan hemoglobin adalah yang paling dikenal dan banyak dipelajari.
Pada manusia dewasa, hemoglobin berupa tetramer (mengandung 4 submit protein), yang terdiri dari dari masing-masing dua sub unit alfa dan beta yang terikat secara non covalen.
2.1.3 Hubungan Intensitas Warna dengan Hemoglobin
Hemoglobin adalah struktur yang terdiri dari haem dan globin, dimana haem adalah yang memberi warna merah pada darah dan globin adalah protein darah. Warna merah hemoglobin berasal dari unsur pembuatnya yaitu zat besi. Pada penelitian ini menggunakan reagen HCl dimana reaksi kimia yang terjadi sebagai berikut : Hb + HCL Globin + Ferrohem
2Ferrohem + ½ O
2 + 2 HCl 2Ferrihemklorida (Hemin) Hemoglobin dihidrolisis dengan HCl menjadi globin ferroheme.
Ferroheme dioksidasi
oleh oksigen yang ada di udara dan bereaksi dengan ion Cl membentuk ferrihemeclorid yang disebut hematin atau hemin yang berwarna coklat. Warna coklat inilah yang di ukur intensitas cahayanya.
Intensitas warna dapat diukur dengan jumlah cahaya yang melewati sampel darah. Jumlah cahaya yang diserap oleh larutan sampel berkaitan dengan konsentrasi unsur di dalam larutan tersebut. Teknik ini dapat digunakan untuk memonitoring perubahan warna dengan perubahan jumlah cahaya yang diabsobsi.
Intensitas warna sebanding dengan konsentrasi hemoglobin dalam pengukuran absorban pada panjang gelombang yang paling tepat. Panjang gelombang sumber cahaya harus tepat dalam penentuan nilai absorban karena bila pengujian dilakukan pada panjang gelombang yang tidak tepat berakibat tidak validnya data pengujian. Apabila terjadi perubahan konsentrasi yang besar, nilai absorbannya hanya sedikit berubah. Namun bila diuji dengan panjang gelombang yang tepat (spektrum serapan maksimum) maka apabila terjadi perubahan konsentrasi sedikit saja, maka akan terjadi perubahan konsentrasi yang cukup besar.
2.2 Pemeriksaan Kadar Hemoglobin (Hb)
Ada 2 metode yang umumnya digunakan dalam pengukuran kadar Hemoglobin, yaitu metode sahli (manual) dan metode Sianmethemoglobin (Spektrofotometer). Kedua metode tersebut berdasarkan prinsip warna.
2.2.1 Metode Sahli (dengan Manual)
Diantara metode yang paling sering digunakan di laboratorium dan yang paling sederhana adalah metode sahli, dan yang lebih canggih adalah metode cyanmethemoglobin (Bachyar, 2002).
Pada metode Sahli, hemoglobin dihidrolisis dengan HCl menjadi globin
ferroheme. Ferroheme oleh oksigen yang ada di udara dioksidasi menjadi
ferriheme yang akan segera bereaksi dengan ion Cl membentuk ferrihemechlorid yang juga disebut hematin atau hemin yang berwarna cokelat. Warna yang terbentuk ini dibandingkan dengan warna standar (hanya dengan mata telanjang). Untuk memudahkan perbandingan, warna standar dibuat konstan, yang diubah adalah warna hemin yang terbentuk. Perubahan warna hemin dibuat dengan cara pengenceran sedemikian rupa sehingga warnanya sama dengan warna standar. Karena yang membandingkan adalah dengan mata telanjang, maka subjektivitas sangat berpengaruh. Di samping faktor mata, faktor lain, misalnya ketajaman, penyinaran dan sebagainya dapat mempengaruhi hasil pembacaan. Meskipun demikian untuk pemeriksaan di daerah yang belum mempunyai peralatan canggih atau pemeriksaan di lapangan, metode sahli ini masih memadai dan bila pemeriksaannya telah terlatih hasilnya dapat diandalkan.
Gambar 2.1 Pengukuran Kadar Hb Sahli (Adhisuwignjo, 2010)2.2.2 Metode Sianmethemoglobin (dengan Spektrofotometer)
Metode Sianmethemoglin didasarkan pada pembentukan sianmethemoglobin yang intensitas warnanya diukur secara fotometri. Reagen yang digunakan adalah larutan Drabkin yang mengandung Kalium ferisianida (K3Fe[CN]6) dan kalium sianida (KCN). Ferisianida mengubah besi spada hemoglobin dari bentuk ferro ke bentuk ferri menjadi methemoglobin yang kemudian bereaksi dengan KCN membentuk pigmen yang stabil yaitu sianmethemoglobin. Intensitas warna yang terbentuk diukur secara fotometri pada panjang gelombang 540 nm (Suryana, 1995). Reagen drabkin terbilang cukup mahal bila dibandingkan dengan reagen HCl.
Gambar 2.2
Pengukuran Kadar Hb Dengan Sianmethemoglobin (Adhisuwignjo, 2010)
Selain K3Fe[CN]6 dan KCN, larutan Drabkin juga mengandung kalium dihidrogen fosfat (KH2PO4) dan deterjen. Kalium dihidrogen fosfat berfungsi menstabilkan pH dimana rekasi dapat berlangsung sempurna pada saat yang tepat. Deterjen berfungsi mempercepat hemolisis darah serta mencegah kekeruhan yang terjadi oleh protein plasma. Karena yang membandingkan alat elektronik, maka hasilnya lebih objektif. Namun, fotometer saat ini relatif mahal, sehingga belum semua laboratorium memilikinya. Metode ini dianjurkan oleh WHO karena sampai saat ini dinilai dapat menghasilkan data paling teliti ( Sihadi, 1995).
2.3 Larutan Reagen HCl 0,1 N
Alat pengukuran hemoglobin dengan metode sahli menggunakan reagen HCl 0,1 N sebagai pelarutnya. Dimana hemoglobin dihidrolisis dengan HCl menjadi globin ferroheme. Ferroheme dioksidasi oleh oksigen yang ada di udara dan bereaksi dengan ion Cl membentuk ferrihemeclorid yang disebut hematin atau hemin yang berwarna coklat.
2.4 Hakekat Cahaya
2.4.1 Gelombang Cahaya
Gelombang cahaya merupakan gelombang elektromagnetik yang biasanya dikarakteristikan dengan panjang gelombang, cepat rambat gelombang, frekuensi gelombang dan lain sebagainya. Panjang gelombang didefinisikan sebagai jarak antara dua titik maksimum atau dua titik minimum yang berdekatan.
Sedangkan frekuensi didefinisikan sebagai banyaknya panjang gelombang yang melewati suatu titik dalam satu detik. Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh gelombang (meter) dalam satu detik, hubungan antara panjang gelombang, frekuensi, dan cepat rambat dinyatakan dalam rumus:
C = λ . f 8 m
Dimana c : Cepat rambat gelombang cahaya (3 x 10 / )
s
λ : Panjang gelombang (m) f : Frekuensi gelombang (Hz)
2.4.2 Spektrum Gelombang Cahaya
Gelombang elektromaknetik atau gelombang cahaya mempunyai spektrum dengan variasi panjang gelombang ( λ) yang sangat banyak, mulai dari
6 -12
10 m sampai 10 m. Dari berbagai macam panjang gelombang yang ada, ternyata sebagian kecil yang dapat dilihat oleh mata, yaitu cahaya dengan panjang gelombang pada daerah sinar tampak yang berkisar 350 – 750 nm.
Spektrum gelombang elektromagnetik yang tampak terbagi lagi, dengan pembagi seperti dalam tabel 2.3.
Tabel 2.2 Spektrum Warna (Damayanti, 2010) JenisPanjang Spektrum Warna
Ungu 380 – 450 nm Biru 450 – 495 nm Hijau 495 – 570 nm Kuning 570 – 590 nm Jingga 590 – 620 nm Merah 620 – 750 nm
Gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sedikit lebih pendek dari sinar tampak disebut sinar ultraviolet, sedangkan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sedikit lebih panjang dari sinar tampak disebut sinar inframerah.
2.5 Prinsip Dasar Sistem Spektrofotometri
Prinsip dasar sistem spektrofotometri adalah fenomena suatu radiasi bila mengenai suatu bahan, maka radiasi tersebut akan ditransmisikan, dihamburkan, dipantulkan atau mengeksitasi fluoresensi. Proses-proses tersebut diilustrasikan pada Gambar 2.1 di bawah ini
P o Radiasi datang P diserap
Radiasi dipantulkan x Radiasi dihamburkan Radiasi Fluoresensi
Gambar 2.3
Ilustrasi Radiasi pada Bahan Bila cahaya datang dan mengenai sampel maka hukum ”Beer-Lambert” menyatakan :
= − dimana : dx : tebal benda (sampel) dI : perubahan intensitas sepanjang dx
x
2 I : intensitas sumber radiasi (watt/m ) x
2 A : area yang dikenai radiasi (m )
k : koefisien yang bergantung pada sifat molekul dan panjang gelombang radiasi. c : konsentrasi bahan (ppm) Bila kedua ruas diintegrasikan, maka :
= − ln( )
− ln( ) = − = Istilah log(I /I) disebut absorbans (A) yang besarnya kcx.
Sehingga probabilitas cahaya diserap atau dihamburkan oleh sampel dinyatakan oleh hukum “Beer-Lambert” berikut ini,
=
dengan : I : Intensitas radiasi datang I : Intensitas radiasi yang diteruskan c : konsentrasi bahan x : panjang lintasan radiasi melalui bahan k : koefisien yang bergantung pada sifat molekul dan panjang gelombang radiasi
2.6 LED (Light Emittng Diode)
LED (Light Emitting Diode) merupakan salah satu komponen yang sering digunakan sebagai display. LED ini merupakan salah satu komponen yang digolongkan dalam komponen semikonduktor. Bahan pembentuknya macam- macam tergantung dari warna LED yang diinginkan. LED biasa disimbolkan berbentuk seperti dioda namun memiliki tanda panah keluar yang berarti komponen tersebut memancarkan cahaya. Setiap jenis LED mempunyai karakteristik tegangan dan arus yang berbeda-beda. Misalkan saja untuk LED merah, umumnya memiliki tegangan
forward (Vf) 1,6 V dan arus normal sekitar 10-20 mA. Semakin besar arus yang
melewati LED maka semakin terang nyalanya dan semakin besar daya yang dibutuhkan. Arus ini tidak boleh melebihi batas dari spesifikasi LED tersebut karena jika melebihi dapat membuat LED rusak atau mungkin terbakar.
Pada penelitian ini menggunakan LED merah, hijau, dan biru dengan masing-masing range panjang gelombang 620-750 nm, 495-570 nm, dan 450-495 nm
Gambar 2.4
Simbol dan Rangkaian LED (Budianto,2007)
2.7 Sensor Fototrasistor
Tranducer cahaya berfungsi utuk mengubah intensitas cahaya menjadi