Pengolahan Data Optik Hasil Pengukuran Laser Induced Breakdown Detection Menggunakan Bahasa Pemrograman Digital
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
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
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
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
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.
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.
PENGOLAHAN DATA OPTIK HASIL PENGUKURAN LASER
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
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
DAFTAR ISI
Halaman Persetujuan ii
Pernyataan iii
Penghargaan iv
Abstrak vi
Abstract vii
Daftar Isi viii
Daftar Tabel x
Daftar Gambar xi
Daftar Lampiran xiii
Daftar Singkatan xiv
Bab I Pendahuluan 1. 1 Latar Belakang
1 1. 2 Rumusan Masalah
2 1. 3 Batasan Masalah
2 1. 4 Tujuan Penelitian
2 1. 5 Manfaat Penelitian
2 1. 6 Metodologi Penelitian
3 1. 7 Sistematika Penulisan
3 Bab II Tinjauan Pustaka
2.1 Koloid
5
2.1.1 Defenisi Partikel Nano dan Koloid
5
2.1.2 Defenisi Laser
5
2.1.3 Sifat-Sifat Laser
6
2.2 Penelitian Awal Terkait Pengukuran Ukuran Partikel Nano Berdasarkan Plasma Laser
6
2.3 Pengembangan teknik LIBD dengan metode optik
7
2.4 Contoh Penerapan LIBD
7
2.4.1 Deteksi Koloid THO
2 oleh LIBD
7
2.4.2 Deteksi Koloid Dengan Media Analisanano Partikel
9
2.4.3 Deteksi Keberadaan Koloid Menggunakan LIBD
9
2.4.4 Menganalisis Partikel Ultrafine Dalam Cairan
10
2.4.5 Deteksi Partikel Nano Dalam Air Minum
10
2.5 Pengolahan Gambar
11
2.5.1 Deskripsi Gambar
11
2.5.2 Pengolahan Sinyal Analog Gambar Menjadi Sinyal Digital
11
2.6 Bahasa Pemograman MATLAB
12
2.6.1 Defenisi Pemograman MATLAB
12
2.6.2 Matriks
13
2.6.3 M File
13
2.6.4 Lingkungan Kerja MATLAB
14
2.7 Pembuatan Gui Dengan MATLAB
16
2.8 Pengaturan Layout Komponen GUI
17
2.8.1 Pemograman Komponen GUI
18
2.8.2 Komponen GUI
18 Bab III Metodologi Penelitian
3.1 Set Up LIBD (Laser Induced Detection Breakdown)
21
3.2 Interaksi Laser Dengan Partikel
23
3.3 Proses Terjadinya Ledakan
23
3.4 Interaksi Laser Dengan Partikel Dalam Larutan
25
3.5 Diagram Alir Perancangan Sistem Image Prosessing LIBD
26
3.6 Deteksi Plasma Menggunakan CCD Kamera
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
40
5.2 Saran
40 Daftar Pustaka
41 Lampiran
43
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman Table
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
DAFTAR GAMBAR
29 Gambar 4.3 Hasil Pengolahan Data breakdown menggunakan GUI MATLAB
36 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
35 Gamabr 4.9 Grafik Breakdown Probability larutan Air Murni
Murni
Gambar 4.8 Grafik Breakdown Probability larutan 1 ml Air Keran+2 ml AirMurni 33
Gambar 4.7 Grafik Breakdown Probability larutan 2 ml Air Keran+1 ml Air34 Gambar 4.6 Grafik Breakdown Probability larutan Air Keran 32
33 Gambar 4.5 Grafik Breakdown Probability larutan 7,5 ppm Polystyrene Window program Simulasi LIBD
32 Gambar 4.4 Grafik Breakdown Probability larutan 15 ppm Polystyrene Loyout GUI baru
28 Gambar 4.2 Hasil ekstraksi foto-foto dari video dilakukan dengan perangkat lunak Freeware Dialog GUI baru
Nomor Judul Halaman Gambar
26 Gambar 4.1 Ekstraksi foto-foto dari video dilakukan dengan perangkat lunak menggunakan Vidio Soft Free Studio Perintah Membuka GUI
22 Gambar 3.3 Diagram Alir Perancangan Sistem Image Prosessing LIBD
21 Gambar 3.2 Set Up eksperimen LIBD
19 Gambar 3.1 Setting Pengambilan gambar LIBD
18 Gambar 2.6 Komponen GUI Kontrol
16 Gambar 2.5 Diagram GUI sederhana
15 Gambar 2.4 Tampilan GUI untuk Pengambilan Citra Digital
9 Gambar 2.3 Window Utama MATLAB
8 Gambar 2.2 Grafik Quantification Method Nano Particle terhadap Size/m.
Gambar 2.1 Grafik BD Probability ThO237